출처: https://pdfs.semanticscholar.org/f73c/d73626125fcefae2940a02e58a1668307ccf.pdf
4. 샌드위치패널(판넬) 구조에서 열 부하
이 연구의 목적은 냉장 및 냉동 창고에서 경량 샌드위치패널(판넬) 구조 사용에 대한 열 부하의 영향을 최소화하는 것입니다. 샌드위치 구조는 기밀 구조를 강화시키므로, 열교 및 작동 중 개구부 및 밀폐는 이러한 기밀성을 향상시키기 위한 주요 고려사항이 되어야 합니다. 온도 구배의 영향을 무시할 수 없습니다. 샌드위치패널(판넬)의 파손의 일부는 이것에 달려있습니다. 샌드위치패널(판넬)의 열 가열과 관련된 주요 부하는 태양의 복사 환경의 발생입니다.
표면이 시원하게 유지하려면, 두 가지 속성이 필요합니다. 반사율과 방사율은 샌드위치패널(판넬) 면과 연관되어 있고 샌드위치패널(판넬) 면에 의해 제어되는 반면, 그 영향은 샌드위치패널(판넬)의 면을 넘어 심지어 면에 의해 보호되고 있는 단열재까지도 초월합니다.
샌드위치패널(판넬)에서 열 부하가 초기 시험에서 샌드위치패널(판넬) 표면에 구조적 및 손상 영향과 나사 및 조인트뿐만 아니라 구조물의 저항을 감소시키고 후속 파손에 노출시킨다고 보고되어 있습니다. 이 연구에서 경량 샌드위치패널(판넬)의 열 부하는 대부분 더운 기후에서 평균 45℃에 이르는 태양 복사의 영향으로 제한됩니다. 샌드위치패널(판넬)의 표면 온도에 대한 CIB 권장 사항은 아래 표와 같습니다.
[샌드위치패널(판넬)을 위한 설계 온도(℃)]
사우디아라비아에서는 수평 표면에서 하루 평균 5,500W/m² 이상의 지구 태양 복사가 보고됩니다. 사우디아라비아는 세계에서 가장 따뜻한 지역 중 하나입니다.
[샌드위치패널(판넬)의 열 감소. 덮개 아래에 공기 흐름이 있는 유리 덮개]
a) 샌드위치패널(판넬)에서 열 부하를 줄이기 위한 기존 구조 배열
b) 샌드위치패널(판넬) 안으로 복사열의 관통
지구의 모든 표면에서 태양에너지의 입사 복사열은 대기에 존재하는 가스의 양, 상대 습도 및 지리적 위치에 의해 결정됩니다. 다른 한편으로 표면에 의해 흡수된 태양에너지의 양은 특정 표면의 반사율, 방사율 및 흡수 능력에 의존합니다.
반사율은 재료가 방사선을 얼마나 잘 반사하는지 측정합니다. 그러나 모든 표면이 일정량의 태양 복사를 열 에너지로 흡수하기 때문에 방사율이나 표면이 열을 우주로 다시 방출하는데 얼마나 좋은지 고려해야합니다. 흡수된 열은 정상 상태에서 방출되는 열입니다.
재료는 흑체, 회색체 또는 비 회색체로 분류되며 각 분류는 재료의 방사율과 반사율에 의해 결정됩니다. 흑체 재료는 열에너지의 완벽한 방출기이므로 열의 열악한 반사이기 때문에 방사율 값은 1.0(100%)입니다. 이것은 검은색 표면이 열을 잘 흡수하고 반사가 불량한 반면 밝은 색상의 표면은 흡수할 수 있는 열보다 더 많은 열을 반사하는 것을 설명합니다.
ASTM 1980에 의해 정의된 “태양 반사율 지수(SRI)”는 반사율과 방사율을 모두 포함합니다. 반사율과 방출율의 조합은 열의 좋은 방출원인 밝은 색의 고분자 막과 코팅이 금속 표면보다 더 잘 작동하는 경향이 있다는 것을 의미하며, 이는 더 반사적일 수 있지만 낮은 방출율 때문에 더 많이 가열됩니다.
냉장창고로 사용하도록 설계된 샌드위치패널(판넬)은 태양광에 노출된 모든 표면에 밝은 색상의 고분자 막과 코팅을 포함해야합니다. 이것은 최적의 적절한 반사율 및 방사율을 가능하게 하므로, 따라서 이것은 표면에서 최소량의 열에너지 발생의 흡수를 최소화합니다.
고분자막은 두 개의 다른 매체를 분리하기 위해 반투과성 장벽 역할을 하는 미세 다공성 막으로, 특별히 제조된 폴리에테르 술폰(PES) 또는 폴리비닐 리덴 디플루오라이디(PVDF)로 만들어 집니다. 또한 실내 및 실외용 페인트 코팅으로 제작할 수 있습니다. 다른 고분자막은 우수한 장점을 가지지만, 특히 에너지절약이 고려될 때 이들의 사용에 일부 제한이 있습니다.
폴리에테르 술폰(PES)은 우수한 기계적 및 화학적 특성을 갖는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 그것은 내후성이 좋지 않아 실외에서 제한됩니다. 이로 인해 PVDF가 실외용으로 더 적합합니다.
또한 일부 요소는 샌드위치 구조의 열 부하 수준에도 영향을 미치며, 이러한 요소는 구조 설계 및 구조(표면 강판)의 위치에 직접적인 관계가 있습니다.
① 표면 강판의 평활도(폴리머 코팅 표면 및 코팅 재료)
② 샌드위치패널(판넬) 표면의 기울기
③ 구조의 지리적 위치
④ 샌드위치패널(판넬) 내에서 재료의 열팽창계수는 온도 구배의 영향을 받음
⑤ 단열재의 유형 및 특성: 열관류율 값 및 단열 용량
[열팽창계수] 온도로 인해 치수의 큰 변화가 예상되는 경우, 대형 구조물을 설계할 때 재료의 팽창 및 수축을 고려해야합니다. 모든 재료는 아래의 표와 같이 열팽창 특성이 다릅니다. 열팽창계수는 온도 변화가 있을 때 얼마나 잘 증가하는지 측정합니다. 샌드위치패널(판넬)과 같은 복합 구조의 경우, 각 구성 요소는 온도의 증가 및 감소에 따라 확장 및 축소됩니다. 미세한 수준에서 이러한 불일치는 구성 요소의 열팽창으로 인해 복합 구조물에 큰 응력을 유발합니다.
[재료의 열팽창계수]
샌드위치 구조에 대한 태양열의 영향을 줄이기 위해 일부 구조 해법이 이러한 샌드위치패널(판넬)의 구성 및 설계에 사용됩니다. 아래 그림은 샌드위치패널(판넬) 표면으로부터 열을 반사시켜 구조에 의한 열 방출량을 감소시키는 구조적 배열을 나타냅니다.
[샌드위치패널(판넬)에 의한 열에너지 방출]
a) 샌드위치패널(판넬)에서 열 부하를 줄이기 위한 기존 구조 배열
b) 샌드위치패널(판넬) 안으로 복사열의 관통
1) 샌드위치패널(판넬)에 열 부하
샌드위치패널(판넬)은 일반적으로 냉장 및 냉동 저장 구조 또는 사무실 건물 및 산업용에서 자체 지지 지붕 및 벽 피복 건물입니다. 샌드위치패널(판넬)은 자체 중량과 같은 영구적인 부하와 바람 및 눈 하중과 같은 가변 부하가 적재되고, 추가적으로 구조에서 열작용을 일으키는 내부 및 외부 사이의 온도 차이로 인해 부하가 적재됩니다. 온도가 매일 변하면 반복되는 부하가 번갈아가며 나사가 나사의 샤프트에서 굽힘 모멘트와 같은 피로 파손의 위험에 노출됩니다. 이 하중은 샌드위치패널(판넬)과 지지 하부 구조 사이에 나사에서 관찰되므로 온도 변동에 대한 나사의 저항은 샌드위치패널(판넬)의 두께에 따라 증가하고 하부 구조의 두께에 따라 감소하는 것이 명백합니다.
이전의 연구에 따르면 샌드위치패널(판넬)에 대한 열작용의 영향은 샌드위치패널(판넬)의 지지대 방향에 함수이기도합니다. 따라서 1 스팬 샌드위치패널(판넬)은 2 스팬 패널 또는 다중 스팬 패널과 비교하여 다르게 영향을 미치므로 동일한 하중이 가해지더라도 평평한 성형 패널과 깊은 성형 패널이 다르게 영향을 받습니다(온도 및/또는 횡방향).
온도 및 횡방향 하중 아래에서 단일 및 다중 스팬 샌드위치패널(판넬)의 행동에 대한 유용한 결과를 제공합니다. 깊이 성형된 샌드위치패널(판넬)의 다양한 파손은 단열재의 전단 파손, 성형 표면의 전단 파손, 표면의 주름(국부적인 좌굴), 지지부에서 단열재 파손, 지지 구조물에 부착된 지점에서의 파손 및 지정된 편향 한계에 도달입니다. 평평한 다중 스팬 샌드위치패널(판넬)의 경우 국부적인 좌굴이 가장 중요합니다.
매일 온도가 변하면 아래 그림과 같이 샌드위치패널(판넬)이 변형됩니다.
[열작용 하에서 단일 스팬 샌드위치패널(판넬) 변형]
기본적으로 태양의 복사 에너지에서 샌드위치패널(판넬)로 열전달과 열에너지 흐름 속도에 영향을 미치는 요소를 보고있습니다. 단순한 목적을 위해, 그리고 계산을 수행할 경우, 계산은 단일 스팬 샌드위치패널(판넬)을 모델로 하여, 지구 열에너지의 5,500W/m²이고 샌드위치패널(판넬)의 내부 및 외부 온도는 –300℃ 및 800℃입니다.