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냉장 및 냉동 창고에서 경량 샌드위치패널(판넬)

출처: https://pdfs.semanticscholar.org/f73c/d73626125fcefae2940a02e58a1668307ccf.pdf

1. 서론

2. 배경

 1) 경량 샌드위치패널(판넬)

  (1) 금속 표면

  (2) 단열재

 2) 샌드위치패널(판넬) 설계 고려사항

  (1) 구조 설계 고려사항

  (2) 파손 모드

  (3) 환경 설계 고려사항

3. 냉장 및 냉동 창고

 1) 냉장실 및 냉동 창고의 특성

 2) 차가운 창고에서 샌드위치패널(판넬)

 4. 샌드위치패널(판넬)의 열 하중

 1) 샌드위치패널(판넬)의 열 하중

  (1) 열 하중의 영향

  (2) 열 하중 및 열손실 감소

  (3) 열교 해결

  (4) 구조적 배열 및 해결

5. 결론

 

1. 서론

 

    냉장 및 냉동 창고 시설에서 경량 샌드위치패널(판넬)을 사용함으로써 오늘날의 식품 저장시설에서 상당한 친숙성과 수용성을 얻고 있습니다. 일부 제조업체는 높은 효율성, 내구성 및 사용의 편의성을 제공합니다. 그러나 이와 관련하여 주변 환경의 외부 온도와 구조물 내의 내부 온도의 차이로 인해 샌드위치패널(판넬)의 큰 편향 및 높은 응력과 같은 일부 문제가 여전히 발생합니다.

 

    샌드위치패널(판넬) 설계에서 열 구배와 관련된 문제를 고려하여, 연구 목표와 목적은 경량 샌드위치패널(판넬)의 열 하중을 찾고, 경량 샌드위치패널(판넬)에 대한 열 부하의 영향을 최소화하는 해결 방법을 찾기 위해 다음과 같은 목표를 달성합니다.

 

    연구 문제는 연구의 목적을 기초로 설정하였으며, 이에 따라 두 부분으로 나누어집니다.

 

   ① 경량 샌드위치패널(판넬)에 열 부하가 미치는 영향은 무엇인가?

 

   ② 경량 샌드위치패널(판넬)의 구조적 해법은 냉장 및 냉동 창고에서 사용하기에 적합하도록 열 부하의 영향을 최소화하는가?

 

2. 배경

 

    샌드위치패널(판넬)은 건축 산업에서 구조시스템으로 사용되는 것으로 인정받고 있습니다. 그 사용은 로애되었으며, 다른 영역에서 더 많은 샌드위치패널(판넬)의 사용을 찾기 위해 더 많은 연구가 진행되고 있습니다. 전체적으로 샌드위치패널(판넬)은 두 개의 면과 폐쇄 단열재로 기본적으로 구성됩니다. 단열재는 일반적으로 충격을 흡수 및 분산하는데 도움이 되는 저강도 및 저밀도 재료입니다. 단열재 전단강도 및 강성은 샌드위치패널(판넬) 구조 설계에서 고려할 가치가 있는 특성입니다. 단열재의 존재는 외부 면의 단면 내부 모멘트를 크게 증가시켜 단일 빔(beam)으로 같이 작용할 수 있게 합니다.

 

    샌드위치패널(판넬)의 면은 아래 열거된 재료, 얇거나 두꺼운 표면 강판, 두꺼운 섬유 강화 복합재료 중 하나일 수 있습니다. 그러나 구조에 콘크리트와 같이 부피를 증가시키는 다른 표면 재료가 많이 있습니다. 아래 그림은 경량 샌드위치패널(판넬)의 구조와 재료를 보여줍니다.

[미네랄울 샌드위치패널(판넬)]

 1) 경량 샌드위치패널(판넬)

 

     경량 샌드위치패널(판넬)은 강도 대 중량 비율이 높은 복합 구조이며, 대개 금속 면으로 구성되어 있어 경량 특성이 있습니다. 사용 및 정적 행동에 따라, 경량 샌드위치패널(판넬)은 얇은 성형 면 및 깊은 성형 면 샌드위치패널(판넬)의 두 가지 종류로 나눌 수 있습니다. 얇은 성형 면 샌드위치패널(판넬)은 평면 패널과 약간 성형된 면 패널로 분류됩니다.

 

     경량 샌드위치패널(판넬)을 구성하는 다양한 재료 구성은 특정 기능을 수행하도록 설계되었으며, 모든 구조물의 강도(열 하중에 대한 저항), 지지, 내구성 및 미관을 제공합니다.

 

  (1) 금속 표면

 

       경량 샌드위치패널(판넬)의 강판 면은 많은 목적을 제공합니다. 미관을 제공하고 굽힘 모멘트로 인한 응력을 전달하는 구조적 강성을 제공하며 환경 영향, 기계적 손상 및 풍화로부터 취약한 단열재를 보호합니다. 축방향력(압축 및 인장)은 전적으로 면에 의해 지지됩니다. 면은 굽힘으로 인한 이러한 응력을 정상적인 응력으로 전달합니다.

 

       평면이고 얇게 성형된 면은 굽힘 강성을 무시할 수 있는 반면 축방향 및 굽힘 모멘트 저항은 성형된 면 샌드위치패널(판넬)에 제공되므로 축방향 저항만 제공할 수 있습니다. 그러나 연구에 따르면 성형된 샌드위치

패널(판넬)의 구조적 행동은 분석하기가 더 어렵다는 것이 밝혀졌습니다.

[샌드위치패널(판넬)의 다양한 표면 형상]

  (2) 단열재

 

       경량 샌드위치패널(판넬)의 단열재에는 많은 기능이 있습니다. 이것은 면 사이에 전단 연결을 제공하여 전단역에 의해 발생하는 전단 응력이 전달됩니다. 샌드위치패널(판넬)의 면은 압축 응력을 받기 때문에, 압축된 면의 임계 좌굴 응력과 궁극적인 압축 강도는 단열재의 존재로 상당히 높아집니다.

 

       단열재는 구조물의 휨 강성과 전체 강성에 가장 중요한 영향을 미칩니다. 또한 안정성을 제공하고 전체 샌드위치패널(판넬) 시스템의 단열재 역할을 제공합니다. 단열재는 효율적인 단열 특성과 결합된 높은 전단 응력을 전달하기에 적합한 재료를 선택해야합니다. 따라서 양호하고 권장되는 U(열관류율) 값을 반영해야합니다.

 

       오늘날 다양한 단열재가 샌드위치패널(판넬)에 사용되고 있습니다. 열가소성 재료, 금속 및 비금속 재료, 발포 및 내화재료 등 다양한 재료가 있습니다. 이러한 다양한 단열재의 사용은 이 연구의 관심사인 목표와 의도된 목적에만 국한됩니다. 경량 샌드위치패널(판넬) 구조는 구성 요소와 다양한 열팽창 계수로 인해 온도 변화에 민감합니다.

 

       경량 샌드위치패널(판넬)의 단열재는 발포된 플라스틱 및 미네랄울일 수 있지만 자른 재료 유형도 존재합니다. 아래 표는 열전도율 및 열관류율 특성을 가진 일부 단열재를 보여줍니다.

 

[다양한 단열재를 사용하는 냉장 시설의 일반적인 두께]

 

스티로폼은 현재 단열재로 제작되어 사용되고 있는 폐쇄형 압출 플라스틱 폼의 상표입니다. 폴리우레탄은 냉장실 및 냉동 시설을 위한 내 하중 샌드위치패널(판넬)의 단열재로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 경질우레탄폼은 탄성이 매우 우수하며 진동으로 인한 높은 응력을 흡수하므로 운송에 사용되는 구조물에 적합니다. 다른 특성으로는 냉장 및 냉동실에서 효율적인 열 안정성을 위해 필요한 열전도율에 대해 우수한 단열성이 있습니다. 또한 이 자료의 해결 방안 중 일부는 태양으로부터 열에너지의 흡수 및 전달을 최소화하고 궁극적으로 냉장창고로의 전달을 최소화하기 위해 표면으로부터 충분히 높은 복사에너지를 반사할 수 있는 적절한 성형 면을 제공하는 것입니다.

 

 2) 샌드위치패널(판넬)의 설계 고려사항

 

     샌드위치패널(판넬)EN 14509 샌드위치패널 유럽 표준에 따라 설계되었습니다. 샌드위치패널(판넬)에 대한 권장 사항(CIB 2000)은 샌드위치 설계에 대한 지침을 제공하고 기본적으로 경질우레탄폼, 발포 폴리스티렌, 페놀폼, 셀룰러 유리 또는 미네랄울과 같은 단열재로 금속면 샌드위치패널(판넬)의 설계를 다룹니다. 고정은 유럽 제품 표준 대상이 아닙니다. 그러나 직접 체결 및 은폐 체결의 인장 및 전단 저항을 결정하는 하중 배치 및 절차를 제공합니다.

 

     샌드위치패널(판넬)의 주요 구성 요소는 단열재와 표면입니다. 결과적으로 이러한 재료를 선택할 때, 재료의 특성(기계적 성질)과 열전도 특성을 잘 평가해야합니다. 샌드위치패널(판넬)의 최종 사용, 즉 단열재 강도(전단 및 강성) 및 단열 특성, 열전도 특성, 면의 기계적 강도, 면의 연마 및 구조물의 하중 특성에 따라 달라집니다.

 

  (1) 구조 설계 고려사항

 

       이 연구에서 제한 요소는 태양의 입사 복사에 의한 열 부하를 견딜 수 있는 구조물의 설계로 제한되어 있으므로, 매우 더운 환경을 위한 냉장 및 방동 구성 요소로 사용됩니다.

 

       이 연구의 주요 설계 고려사항은 단열재의 조인트 및 지지대 및 전단 응력을 유발하는 구조물의 열 부하량을 감소시키는 것입니다. 따라서 태양의 직접적인 열에너지에 대한 노출을 감소시켜 샌드위치패널(판넬) 구성 요소에 대한 부하를 크게 줄여 내구성과 효율을 향상시킬 수 있는 설계 배치는 물론 단열재의 설계 고려 또한 이러한 샌드위치패널(판넬)의 설계에 중요한 역할을 하기 때문에 단열재가 충분한 열에너지를 흡수할 수 있어야하며 조기 고장 없이 압축 부하를 받을 수 있어야합니다.

 

  (2) 파손 모드

 

       샌드위치패널(판넬)은 구성, 스팬, 하중 및 지지 반응에 따라 일련의 변형을 겪는 것으로 알려져 있습니다. 단일 스팬의 경우 샌드위치패널(판넬)은 휘어져있습니다. 내부면, 외부면 및 구조의 코어는 I-빔으로 모델링됩니다. 샌드위치가 I-빔에 비유되기 때문에, 단열재는 빔의 망 역할을 하고 표면/면은 테두리 역할을 합니다.

 

       샌드위치패널(판넬)이 평평한 면으로 구성된 경우, 열작용으로 인해 변위(최대 처짐)만 발생하고 내부 힘은 유발하지 않습니다. 또한 성형이 깊은 샌드위치패널(판넬)의 경우 구조 내에서 굽힘 모멘트와 전단력이 나타납니다. 내부 면과 외부 면 사이의 온도 차이로 인한 변형은 모멘트 및 수평방향 힘을 초래합니다.

 

       그러나 대부분의 복합재의 생존 가능성과 관련하여 가장 심각한 문제 중 하나는 구성 요소간의 접합 파손입니다. 이러한 파손은 기존 균열의 확장 또는 재료 공간에서 새로운 균열의 생성으로 발생합니다. 예를 들어, 복합재의 열적 또는 기계적 하중에 따라 다양한 성분들 사이의 결합에서 미세 응력이 발생할 것입니다. 이러한 응력이 복합재의 해당 결합 강도를 초과하면 균열이 발생합니다.

 

       아래 그림에서 하중은 열적이라고 가정하며, 내외면 온도 차이와 하부 강판의 장력 차이로 인해 상부 강판이 압축되어 있음을 알 수 있습니다. 하부 강판은 또한 상부 강판보다 높은 온도 범위에 있다고 가정될 수 있으며, 따라서 곡률이 관찰됩니다.

[열 하중 아래에서 샌드위치패널(판넬)의 특성]

       열작용 아래에서 연속적인 다중 평면 샌드위치패널(판넬)의 경우, 샌드위치패널(판넬) 내부 지지대에서 극도의 굽힘 모멘트에 도달하며, 이러한 정적으로 불안한 샌드위치패널(판넬)은 하나의 스팬 샌드위치패널보다 중간 지지대에서 더 높은 굽힘 모멘트로 부과되고 추가로 집중된 측면 지지반응에 의해 부과됩니다. Blaszezuk & Pozorski는 중간 지지반응이 조사된 샌드위치패널(판넬)의 동일한 매개 변수에 대한 범위의 함수라는 것을 조사했습니다. 반응이 양성이면 지지대에서 압축을 발생하고 음성이면 샌드위치패널(판넬)을 지지하는 구조물에 부착하는 나사의 장력이 발생합니다.

 

       평면 샌드위치패널(판넬)의 경우, 길거나 중간 스팬 길이 샌드위치패널(판넬)의 첫 번째 파손 모드는 일반적으로 짧은 샌드위치패널(판넬)의 경우 굽힘 모멘트와 지지반응 사이의 상호 작용으로 인한 중간 지지부의 좌굴 파손입니다. 파손 모드는 일반적으로 중간 지지대 근처에서 전단 파손입니다.

 

[중간 지지대에서 열 하중을 받는 연속 샌드위치패널(판넬)의 파손 모드 a: 단열재 변형, b: 표면 주름]

 

 

[압축면의 주름]

 

[면의 전단 파손]

  (3) 환경설계 고려사항

 

       이 연구에서 고려된 경량 샌드위치패널(판넬)은 냉장 목적이 요구됩니다. 이것은 특히 표면이 두 가지 다른 환경 조건에 노출될 것이라는 사실과 구성 요소의 선팽창계수가 다르다는 사실을 고려할 때 다른 문제를 제기합니다. 환경 조건은 일년 내내 따뜻하다고 가정합니다. 우리의 가정에서 매우 따뜻한 기후에 대해 평균보다 높은 것을 고려되는 반면, 냉동 어류의 경우 30의 요구 조건으로 냉동 창고의 지속적인 실내 온도가 고려됩니다.

 

       냉동실을 고려할 때 실내 및 실외 조건에 필요한 작동 온도가 우려되는 요소입니다. 실내 온도 30, 여름철 운전 온도 +80입니다.