1. 개요
PIMA(Poltisocyanurate Insulation Manufacturers Association)는 고성능 폴리이소시아누레이트(폴리이소, polyiso) 단열재를 생산하는 북미 제조업체를 대표합니다. PIMA는 지난 25년 동안 에너지효율적인 관행과 정책을 옹호해왔으며 에너지효율을 높이고 지구온난화와 대처하는 혁신적인 제품으로 미국 환경보호국(EPA)에 의해 두 번 인정을 받았습니다.
2010년, NRCA(National Roofing Contractors Association)는 특히 추운 기후에서 극한의 온도에 노출될 때 준불연 폴리이소 단열재의 열 성능이 저하될 수 있다는 논문을 발표했습니다. 그 후로 비슷한 결론을 제안하는 추가 기사가 발표되었습니다. 지붕 단열 R-값과 온도에 대한 질문에 대한 포괄적인 대답을 제공하기 위해, PIMA는 광범위한 비판적 검토와 이러한 기사를 평가하는 데 필요한 추가 연구를 수행했습니다.
이 보고서에 제시된 데이터에 따르면 폴리이소 지붕 단열재의 단열 값 감소는 추운 날씨에서 R-값을 추정하기 위해 불필요하게 낮은 “평균 기준 온도”의 가정이 적용되었기 때문임을 시사합니다. NRCA 및 기타 연구에서는 이 평균 기준 온도가 –6℃까지 낮거나 더 낮을 수 있다고 추론하는 것으로 보이지만, PIMA는 겨울 난방 단열 값을 설정하는 데 상당히 높은 평균 기준 온도가 적절하다고 결론지었습니다. 이 결론은 이 보고서의 부록에서 북미 기후 데이터에 대한 광범위한 분석에 의해 뒷받침 됩니다.
이 자료에서 제시한 세부 검토를 바탕으로 PIMA는 참고 NRCA 자료에서 확인된 실제 R-값이 해당 시험온도 범위 내에서 계산될 때 폴리이소 지붕 단열재에 대해 발표된 R-값과 크게 다르지 않다는 것을 발견했습니다. 결과적으로 PIMA는 지붕 단열 R-값이 단열 성능 정보를 찾는 지붕 설계자에게 최고의 가이드를 제공한다고 결론을 내렸습니다.
중요 참고 사항: 이 자료에서 논의된 R-값은 가스투과성 표면을 사용하여 제조된 폴리이소 지붕 단열재에만 적용됩니다. 주로 불침투성 또는 가스 기밀형으로 제조되는 폴리이소 벽 단열재는 이 자료에서 논의된 값보다 높은 R-값을 나타내며, 이 자료에서는 다루지 않습니다.
2. 24℃의 평균 기준 온도를 사용하여 R-값이 보고되는 이유?
모든 북미 단열재 제조업체는 몇 가지 중요한 산업 표준에 따라 자사 제품의 R-값을 보고합니다. 첫째, 모든 건물 단열재의 R-값은 ASTM 및 CAN/ULC 표준에 인용된 24℃의 균일한 “평균 기준 온도”를 사용하여 테스트 및 보고됩니다. 또한 평균 24℃의 평균 기준 온도를 오랫동안 상요하는 것이 미국에서 의무화되었습니다.
3. “평균 기준 온도”는 평균 실외 온도와 같지 않음
열 R-값 시험 적용의 경우, 특정 기후 지역의 실제 평균 실외 주변온도와 의도된 실내 설계 온도를 평균하여 적절한 평균 기준 온도를 계산해야합니다. 결과적으로 특정 기후에 가장 적합한 평균 기준 온도는 각각의 겨울 난방 및 여름 냉방 계절동안 평균 실외 주변온도와 실내 건물 설계 온도 사이의 중간 지점이 됩니다.
예를 들어, 지정된 위치의 겨울 난방동안 실외 주변 온도가 1℃이고 실내 설계 온도가 20℃인 경우, 열 테스트에 적합한 평균 겨울 난방 평균 기준 온도는[(1℃+20℃)÷2] 또는 10.5℃가 될 것입니다. 유사한 방식으로, 특정 위치의 여름 냉방동안 평균 실외 주변 온도가 23℃이고 실내 설계 온도가 20℃인 경우 열 테스트에 적합한 평균 여름 냉방 기준 온도는 [(23℃+20℃)÷2] 또는 21.5℃입니다.
4. 실제 기후 데이터를 사용한 평균 기준 온도 계산
NOAA 역사 기후학 연구 5에 보고된 장기 기후 데이터는 미국의 모든 기후 지역에 대한 추운 날씨에 난방 기간의 약 80%가 11월부터 3월까지 5개월 동안 발생한다는 것을 시사합니다. 유사한 방식으로, 가장 따뜻한 기후지역을 제외한 모든 따뜻한 기후 냉방 기간의 80% 이상이 6월부터 8월까지 3개월 동안 발생합니다. 결과적으로 5개월 동안 겨울 난방과 3개월 동안의 냉방 기간 동안 각 기후지역에 대한 과거 실외 온도 평균을 기반으로 준불연 폴리이소 단열재에 대한 겨울 난방 및 여름 냉방 R-값을 결정하기 위한 평균 기준 온도를 설정하는 것이 합리적일 것입니다.
이 보고서의 부록 A는 7개의 서로 다른 기후지역에 위치한 11개의 미국 도시와 3개의 다른 기후지역에 위치한 3개의 캐나다 도시를 포함하여 북미 전역의 대표적인 기후지역의 선택된 도시들에 대한 월평균 외부 주변온도 데이터를 제공합니다. 또한 표는 5개월 겨울 또는 3개월 여름 평균 실외 주변온도와 20℃ 실내 설계 온도 사이의 중간점으로 표현되는 적절한 겨울 및 여름 평균 기준온도의 계산을 제공합니다.
아래 그림은 각 기후 지역에 대한 부록A에 나열된 일반적인 도시의 평균을 기준으로 7개의 ASHRAE 기후 지역 각각에 대한 겨울 평균 기온을 요약한 것입니다. 그림과 같이 겨울철 평균 실외 주변온도 범위는 영역7의 최저 –5℃에서 영역1의 최고 21℃입니다. 일정한 실내 온도로 20℃를 사용하는 이 도시 및 기후대에 대한 계산된 겨울 난방 평균 기준온도는 영역7의 7℃에서 영역1의 21℃까지 다양합니다.
[겨울철에 ASHRAE 기후대별 평균 기준온도]
유사한 방법으로, 아래 그림은 각 기후 지역에 대한 부록A에 나열된 전형적인 도시의 평균을 기준으로 7개의 ASHRAE 기후지역 각각에 대한 여름 냉방 평균 기준온도를 요약한 것입니다. 그림과 같이 평균 여름 실외 주변온도 범위는 영역7의 최저 19℃에서 영역1의 최고 28℃입니다. 일정한 실내설계 온도로 20℃를 사용하는 이러한 도시 및 기후지역에 대한 계산된 여름 냉방 평균 기준온도는 지역7의 19.4℃에서 지역1의 24.4℃까지 다양합니다.
[여름철에 ASHRAE 기후대별 평균 기준온도]
현장 조건에서 실제 겨울 및 여름 평균 온도는 상기 그림에서와 같이 평균 기준 온도보다 높을 수 있습니다. 예를 들어, 지붕 조립 표면의 실외 온도는 낮 동안 태양열로 인해 주변 공기 온도보다 높을 수 있으며, 이는 모든 기후 지역의 평균 기준 온도를 상승시키는 경향이 있습니다. 또한 지붕 조립 표면의 실외 온도는 이른 저녁 동안 대기 온도보다 계속 높을 수 있습니다.
5. 기후 지역에서 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재의 R-값?
2010 NRCA 연구에서 보고된 실제 평균 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재 R-값 데이터를 사용하여 PIMA는 세 가지 조건에 따라 7개 ASHRAE 기후지역 각각에 대한 온도 관련 R-값을 계산했습니다.
① 겨울 난방기간 동안 평균 R-값
② 여름 냉방기간 동안 평균 R-값
③ 연중 평균 R-값
각 기후 지역에 대한 이 세 가지 평균 R-값은 아래와 같습니다.
[ASHRAE 기후대별 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재 평균 R-값]
상기 그림에서와 같이, NRCA 데이터는 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재의 겨울 난방 R-값이 가장 추운 지역의 최저 5.4에서 가장 따뜻한 기후 지역의 최고 5.7까지 범위인 반면, 여름의 폴리이소 지붕 단열재의 R-값은 가장 추운 지역에서 최저 5.7부터 가장 따뜻한 기후 지역의 최고 5.7까지 다양합니다. 이러한 겨울 및 여름 R-값을 평균 연간 값에 적용하면 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재의 R-값은 5.5에서 5.7의 범위 내에 있습니다.
일년 내내 가장 추운 기후지역을 제외한 모든 지역의 평균 R-값 변동은 0.1 또는 2% 미만입니다. 또한 그림에서 표시된 겨울, 여름 및 연간 평균 R-값에 대한 이러한 R-값은 현재 북미 전역의 준불연 경질우레탄폼 단열재 제조업체에서 게시한 폴리이소 단열재의 R-값과 크게 다르지 않습니다.
6. 요약 및 결론
1) 추운 기후와 따뜻한 기후에 대한 평균 기준 온도
실제 미국 및 캐나다 기후 데이터를 기반으로 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 또는 기타 단열재의 R-값을 테스트하기 위한 가장 적합한 평균 겨울 난방 기준 온도는 가장 추운 기후의 경우 7℃ 이상이고, 북미의 가장 따뜻한 기후의 경우 최대 22℃이어야합니다.
2) 추운 기후와 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재 R-값
준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재에 대해 이전에 출판된 평균 R-값 데이터를 이 7~22℃ 평균 기준 온도 범위에 적용한 후 계산된 R-값 범위 또는 PIMA가 발행한 값과 비교하여 크게 다르지 않습니다. 결과적으로 준불연 경질우레탄폼 폴리이소 지붕 단열재에 대한 별도의 추운 기후와 따뜻한 기후 R-값은 아무런 장점이 없는 것으로 보입니다.