출처: https://www.epsindustry.org/sites/default/files/NRCA%20Polyiso%20LTTR%20jan%202014.pdf
1. 폼 노화의 이론
폐쇄 셀인 준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소시아누레이트(PIR)의 R-값은 폼의 셀 안에 있는 가스의 양에 영향을 받습니다. 대부분의 발포제(기체)의 R-값은 공기의 R-값보다 크기 때문에, 준불연 경질우레탄폼 단열재의 R-값은 발포체 셀에 발포제가 많고 공기가 적을 때 가장 큽니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소시아누레이트(PIR)의 수명 동안, 공기는 폼의 셀(cell) 안으로 확산되고, 발포제는 셀의 폴리머 매트릭스로 확산되거나 부분적으로 용해됩니다.
이러한 과정은 각각 온도, 압력 및 폼의 폴리머 유형, 가스 유형 및 셀 구조에 따라 발생하는 속도가 다릅니다. 일반적으로 공기의 내부 확산은 포집된 발포제의 외부 확산보다 훨씬 빠른 속도로 발생합니다. 확산 속도는 또한 폼의 두께 및 표면재의 유형에 의해 영향을 받습니다.
이러한 형상으로 인해, 준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소시아누레이트(PIR)의 R-값은 일정하지 않습니다. R-값은 생산 직후 제일 높으며, 사용 수명 중 가장 초기에 상대적으로 상당히 감소합니다. 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재가 노화됨에 따라, 폼의 셀에서 가스 농도가 공기 중의 가스 농도와 같아질 때까지 R-값은 느린 속도로 감소하며, 이 시점에서 R-값은 더 이상 시간에 따라 변하지 않습니다.
2. R-값 테스트
지붕에서 사용되는 대부분의 단열재 제품의 R-값은 1963년에 처음 출판된 ASTM C518 “Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmmision Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus”를 사용하여 테스트합니다. 우레탄 폼과 준불연 폴리이소시아누레이트 단열재가 미국 지붕 산업에 도입되었을 때, 이것의 R-값은 일반적으로 생산 직후와 셀 가스가 폼 셀에서 확산되어 공기로 대체되기 전에 수행된 ASTM C518 테스트를 사용하여 보고되었습니다. 그 결과, 인치당 7.2 이상의 R-값이 보고되었습니다.
1980년대부터, 단열재 제조협회 조정 절차의 지붕 단열 위원회와 이후 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재 조립협회의 조건화 절차는 R-값 시험 전 180일 동안 실내 조건(23℃)에서 폼 샘플을 사전에 조정할 것을 요청했습니다. 이 전제 조건은 시간이 지남에 따라 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재의 R-값 손실을 해결하려는 초기 시도였습니다. RIC/TIMA 281-1 또는 PIMA 101 조정을 사용하여 인치당 약 6.6의 R-값을 보고했습니다.
1987년 NRCA와 Midwest Roofing Contractors Association은 사용 중 R-값에 대한 광범위한 테스트를 기반으로 폴리이소시아누레이트(PIR) 및 폴리우레탄(PUR) 단열재의 사용 중 R-값에 관한 공동 기술고시를 발표했습니다. 이 고시에는 폼 인치당 5.6의 R-값을 사용 중 사용하는 것을 권장합니다. 이 사용 중 R-값은 시간에 따른 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재의 R-값 손실을 설명하고, 지붕시스템의 전체 설계 수명 동안 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재에 대한 보다 현실적인 설계 R-값을 제공합니다.
3. 장기 열저항(LTTR, Long-Term Thermal Resistance)
1990년대 초반, 오크리지 국립연구소, 오크리지 NRCA, PIMA 및 플라스틱산업 협회와 협력하여 폐쇄 셀 플라스틱 폼 단열재의 노후 R-값을 평가하기 위한 새로운 방법론의 개발을 이끌었습니다. 이 방법론은 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재 시편의 얇은 슬라이싱, 가속 노화 및 LTTR이라는 과정인 ASTM C518을 사용하여 R-값을 테스트하는 것을 포함합니다.
1995년 ASTM은 LTTR 테스트 방법인 ASTM C1303, “Standard Test Method for Estimating the Long-Term Change in the Thermal Resistance of Unfaced Rigid Closed-Cell Plastic Foams by Slicing Under Controlled Laboratory Conditions,” 새로운 방법론을 발표했습니다.
1998년 캐나다 표준협회 및 Underwriters Laboratories of Canada는 CAN/ULC-S770, “Standard Test Method for Determination of Long Term Thermal Resistance of Closed-Cell Thermal Insulation Foams”를 발표했습니다. CAN/ULC-S770은 ORNL의 연구 및 ASTM C1303을 기반으로 하며, 제조 후 5년 동안 제품의 R-값에 해당하는 15년 시간 가중 평균을 기반으로 R-값 데이터를 제공합니다.
2003년부터 미국 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재 제조업체는 PIMA의 QualityMarkcm 프로그램이라고 하는 타사 인증 프로그램을 사용하여 LTTR 값을 보고하기 시작했습니다. 이 프로그램은 LTTR을 결정하기 위해 2003년판 CAN/ULC-S770을 사용했습니다. 2003년부터 2013년까지 QualityMarkcm 프로그램에 적용 가능한 LTTR 값은 아래 표와 같습니다.
[2003~2013 LTTR 값]
2009년 CAN/ULC-770이 업데이트되었습니다. ASTM C1303은 최초 출판 이후 여러 차례 업데이트되었습니다. 현재 버전은 ASTM C1303-12입니다.
2013년 6월, PIMA는 QualityMark 인증 LTTR 프로그램이 LTTR 결정을 위해 CAN/ULC S770-09 또는 ASTM C1303-11을 사용하여 통합되도록 업데이트되었다고 발표했습니다. 업데이트된 테스트 방법은 LTTR 값을 보다 정확하게 결정하고 보고합니다. 이 변경 사항을 적용한 날짜는 2014년 1월 1일입니다. 새로운 최소 LTTR 값은 2003년에서 2013년 사이의 값보다 약간 작으며 아래 표와 같습니다. 인치당 약간 증가하는 LTTR 값은 더 두꺼운 제품일수록 셀 가스 확산 속도가 약간 낮음을 나타냅니다.
[2014 LTTR 값]
4. NRCA 권장사항
NRCA는 ORNL 연구에 참여하고 LTTR 테스트 방법을 담당하는 작업 그룹에 계속 참여하지만, NRCA는 지붕시스템 설계에 LTTR을 사용하는 것을 권장하지 않습니다. R-값을 결정하고 보고하기 위한 LTTR 방법은 실험실 분석 및 연구 비교에 적합할 수 있습니다. 그러나 NRCA는 실제 사용 중 R-값이 지붕시스템 성능의 중요한 측면이 될 수 있는 지붕시스템 설계에 LTTR이 적절하다고 생각하지 않습니다.
ASTM C1303은 통제된 실험실 조건에서 22±5℃로 표시된 가속 노화시험 후에 수행됩니다. ASTM C1303은 또한 “장기”를 5년으로 정의하는데, 이는 15년 기간의 시간 가중 평균으로 의도됩니다. 이 시간 가중 평균 접근법의 의미는 실제 R-값이 초기 5년 동안 LTTR 값보다 높을 수 있지만, 그런 R-값도 5년에서 15년 사이의 LTTR 값보다 작습니다.
대부분 지붕시스템의 설계 수명은 5년 시간 가중 평균보다 깁니다. 왜냐하면 20년 이상 예상되는 지붕시스템의 수명과 지붕시스템 보장이 일반적이기 때문입니다. 또한 지붕 온도 조건은 일반적으로 ASTM C1303의 규정된 실험실 조건과 크게 다릅니다. 따라서 NRCA는 LTTR을 설계 의도 또는 실제 지붕 온도 조건을 나타내는 것으로 간주하지 않습니다.
2005년에 NRCA는 제한된 테스트 프로그램에 참여하여 제조 후 1년에서 4년 후에 테스트된 대부분의 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재 샘플이 LTTR 값보다 작은 R-값을 가짐을 실제 보여주었습니다. 2009년 NRCA는 유통 업체를 통해 얻은 폴리이소시아누레이트 단열재의 R-값 테스트를 수행했습니다. 표본의 범위는 4개월에서 13개월 사이였습니다. R-값은 22℃ 평균 기준 온도와 –4℃, 4℃ 및 43℃에서 테스트되엇으며, 공개된 LTTR 값보다 작은 것으로 밝혀졌습니다.
2011년 NRCA 지붕 매뉴얼은 멤브레인 지붕시스템은 다양한 온도에서 폴리이소시아누레이트 단열재의 R-값을 설명하기 위해 1987년 설계 R-값 권장 사항을 개정했습니다. NRCA는 설계자들이 고려중인 특정 건물이 위치한 기후에 우세한 조건을 기초로 폴리이소시아누레이트 단열재에 아래 표의 R-값을 사용할 것을 권장합니다. 가열 또는 냉각 조건이 우세한지 평가하는 한 가지 방법은 특정 기후 위치에 대한 가열 정도 일(HDD) 값과 냉각 정도 일(CDD) 값을 비교하는 것입니다. HDD와 CDD 값은 ASHRAE Fundamentals Handbook에 제공됩니다.
[NRCA 권장 설계 R-값]
2013년 매사추세츠 주 서머 빌에 있는 Building Science Cor p.,는 정보 시트 502 “폴리이소시아누레이트 지붕단열재에 대한 R-값의 온도 의존성 이해”를 발표했으며, 이는 유사한 결과로 NRCA의 2009 테스트를 재현했습니다. NRCA 설계자가 LTTR을 사용하든 NRCA의 주요 온도 조건 기반 설계 R-값을 사용하든, NRCA는 설계자가 조달 과정에서 혼동을 피하기 위해 원하는 두께(R-값 또는 LTTR이 아닌)로 폴리이소시아누레이트 단열재를 지정할 것을 권장합니다.