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준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소시아누레이트(PIR) 보드의 다양한 면이 단열된 건물의 벽 코너를 통한 열전달에 미치는 영향(1)

출처: https://www.researchgate.net/publication/340807704_The_Influence_of_Different_Facings_of_Polyisocyanurate_Boards_on_Heat_Transfer_through_the_Wall_Corners_of_Insulated_Buildings

준불연 경질우레탄폼단열재 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열 보드는 플라스틱, 알루미늄 또는 다층 외장이 있는 건물의 단열에 사용됩니다. 외장재는 PIR 제품의 사용 조건에 따라 선택됩니다. 이러한 제품이 결합되는 건물의 코너에서 외장은 열흐름 이동 방향을 향할 수 있으며, 양쪽 벽을 향한 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR 보드의 결합에 형성된 선형 열교를 통해 열전달을 크게 증가시킬 수 있습니다.

 

 

건물 벽에 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR의 설치를 분석하여 선형 열교의 구조적 계획을 작성하고 선형 열교의 열전달계수를 수치적으로 계산하고 열교를 통한 열전달에 대한 다양한 표면의 영향을 평가했습니다. 또한 수치 연산으로 얻은 결과를 확인하기 위해 열 유량계 장치를 이용한 실험 측정을 수행하였습니다. 이 연구는 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR 보드로 단열된 건물의 코너를 통한 열전달에 대한 서로 다른 열전도율 표면의 영향을 평가할 필요성에 대한 더 많은 이해를 제공합니다.

 

1. 서론

 

    지난 수십 년 동안, 건물의 에너지효율 개선에 대한 엄청난 발전이 이루어졌고 온실효과를 생성하는 기존 연료 소비와 CO2 배출량을 줄였습니다. 건물 부문은 전 세계 총 에너지소비의 거의 40%를 차지하므로 상당히 높은 오염 물질 배출을 담당했습니다. 이 범위에서 효율적인 단열재의 사용은 종종 건물 밀폐를 통한 열손실을 줄이는 핵심 요소입니다.

 

    산업의 다른 분야에서 널리 사용되기 전에 건설 분야에서 점점 더 많이 적용되고있는 가장 효율적인 단열재 중 하나는 경질 폴리이소시아누레이트(PIR) 또는 폴리우레탄폼(PUR)입니다. 우수한 기계적 특성과 낮은 열전도율로 인해 건설 부문에서 PIR/PUR의 사용이 증가했습니다. 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재는 미국(시장 점유율의 50~70%)에서 낮은 경사 지붕에 가장 널리 사용되는 단열재입니다. 이 단열재는 벽의 단열에도 널리 사용됩니다. 예를 들어, 호일을 표면재로 사용하는 폴리이소시아누레이트 폼 단열재(PIR)는 주거용 건축 또는 벽돌 중공 벽 건축에서 벽 외장으로 가장 많이 사용되며, 다른 단열재에 비해 가장 큰 열 저항값(R-) 중 하나를 생성합니다.

 

    경질 준불연 PIR 보드의 가장 큰 부피는 기본적으로 이중 컨베이어(더블 벨트)인 라미네이터로 알려진 기게에서 보드 형태로 생산되며, 부직포/AL(준불연) 또는 부직포/부직포(일반) 사이에 폼이 제어된 두께로 발포됩니다. 라미네이터에서 양면 시트 경질우레탄폼단열재는 지붕이나 단열 외장과 같은 건축 용도로 널리 사용됩니다.



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[준불연(PIR)/일반(PUR) 경질우레탄폼 단열재 발포]

    연질 외장은 일반적으로 미네랄울화이버, 그라스화이버, 알루미늄 호일 또는 복합 필름으로 만들어집니다. PIR 보드의 표면 유형에 따라 연질 표면 또는 경질 표면의 PIR 폼 보드로 구분할 수 있습니다. 외장의 선택은 일반적으로 PIR 단열재가 설치되는 벽 구조에 따라 다릅니다. 예를 들어, 얇은 알루미늄 호일을 사용하는 PIR은 일반적으로 석조 또는 콘크리트 벽 시스템 및 주거 및 상업용 목재 프레임 구조의 외부 또는 내부에 연속 단열재로 사용됩니다. 플라스틱 외장이 있는 PIR은 일반적으로 블록으로 성형된 콘크리트 샌드위치패널 및 현장 타설 단열 콘크리트 벽 건설에 사용됩니다. 복합 종이 호일을 사용하는 PIR도 동일하제 적용됩니다. 표면의 다른 유형은 아래 그림과 같습니다.

 







[폴리이소시아누레이트(PIR) 표면의 유형: (a) 알루미늄 호일, (b) 복합 종이 호일,

(c) 다층 알루미늄 표면, (d) 역청질 표면]

    다른 외장은 준불연 경질우레탄폼단열재(PIR)의 의도된 적용과 일치하도록 선택됩니다. 외장은 자외선(UV) 열화로부터 폼 코어를 보호합니다. 외장재는 PIR 단열재의 생산 및 사용에서 다양한 기능을 수행합니다. 그것은 생산 과정에서 폼 코어를 함유하기 위해 사용되어 완성된 단열재의 안정성을 높입니다. 외장은 또한 제품의 개발 단계에서 여러 기능, 특히 강도 및 치수 안정성에 대한 기여를 제공할 수 있습니다. 표면이 다르면 수증기 장벽, 습기 차단, 반사 표면 또는 기계적 손상으로부터 보호할 수 있습니다.

 

    경질 PIR 폼 단열재의 호일 및 플라스틱 외장은 제품의 R-값을 안정화하고 열전도율 변화를 늦추고 단열재의 장기 열저항을 유지하는 데 사용됩니다. PIR 준불연 경질우레탄폼단열재가 제조되면 작은 폐쇄 셀이 생성됩니다. 이것은 발포 반응 중에 기화된 발포제가 이러한 작을 셀을 채운다는 것을 의미합니다. 가스 평형에 도달하기 위해, 공기는 셀로 이동하기 위해 노력하고 발포제는 셀 밖으로 이동합니다.

 

    그 결과로 셀의 가스 조성이 변하고, 준불연 경질우레탄폼단열재의 열전도율은 시간이 지남에 따라 증가합니다. 따라서 준불연 폴리이소시아누레이트 단열재(PIR)의 초기 열적 특성을 유지하기 위해, 목표는 건물 단열재를 설치하는 동안 이러한 표면의 손상을 최소화하는 것입니다.

 

    그러나 이러한 제품이 함께 결합되는 건물의 코너에서 표면을 열흐름 이동 방향으로 배치될 수 있으며, 건물 코너에 형성된 선형 열교를 통한 열전달을 증가시킬 수 있습니다. 열교는 건물 외장의 일부로 균일한 열전달이 크게 변경되어 다차원 열흐름이 발생합니다.

 

    선형 및 점 열교의 영향으로 인한 벽 구조의 열투과율 감소를 조사하기 위해 많은 연구가 수행되었습니다. Theodosiou et al.(2017)은 환기된 외장에서 열교 영향의 특성을 조사하여 적절한 설계가 최적의 결과에 크게 기여할 수 있음을 입증했습니다. Theodosiou는 열교가 에너지소비에 미치는 영향을 조사하기 위해 그리스 건물에서 사용되는 대표적인 벽 단열 구성에 대한 연구를 발표했습니다.

 

    Zalewski et al.(2010)은 금속 골조로 만들어진 상업용 경량 구조 벽을 통해 열손실을 정량적으로 평가하였으며, 단열재가 수증기 장벽과 내부 및 외부 코팅과 함께 금속 트러스 사이에 설치되었습니다. 이 연구는 스틸 프레임 대신 발생하는 열손실은 다른 곳보다 두 배 이상 심했다는 것을 보여주었습니다. 열교가 열전달에 미치는 영향을 평가하기 위해 수치 계산, 표준 공식 및 측정 등 다양한 방법이 사용됩니다.

 

    Larbi(2004)3개의 선형 열교(바닥 지지판벽 접합부, 바닥벽 접합부 및 지붕벽 접합부)의 열 투과율에 대한 회귀 모델을 제시했습니다. 모든 모델에서 상대 오차는 5% 미만이었으며, 수치 계산에서 얻은 오차(5%)를 합하면 약 10%가 되며, 이는 일반적으로 계산 공식을 사용하여 얻은 오차보다 적습니다.

 

    설계 및 건물 단계에서 특히 공간 난방 수요의 상당 부분이 건물 외피를 통한 전달 손실로 인해 발생하는 추운 기후에서 에너지효율이 높은 건물의 열손실을 최소화하는 것이 필수적입니다. 열교는 건물 외피의 열손실에 중요한 역할을 하며, 특히 겨울이 지배적인 조건과 유럽 및 전 세계의 냉방도가 높은 지역에서 최소화해야합니다. 신축 건물의 경우 북유럽 국가의 35%, 중부 유럽 국가의 100%, 남유럽 국가의 50%에서 열교에 대한 명시적인 계산이 사용됩니다.

 

    일반적으로 칸막이의 열전달계수를 계산하고 선형(및 점) 열교를 모델링할 때, 단열재를 통과하는 접합부가 평가지만 외피의 영향은 평가되지 않습니다. 일부 경우에, 결합부의 재료에서 면을 제거하고, 코너에 접착하여 제품을 결합하는 것이 권장되지만, 실제로는 준불연 경질우레탄폼단열재 폴리이소시아누레이트(PIR)의 면을 제거하지 않고 접착되는 경우가 많습니다. 따라서 이 연구는 특히 외장이 알루미늄 호일로 만들어진 경우, 외장이 칸막이를 통한 열전달에 영향을 미칠 수 있는 정도를 평가하기 위해 수행되었습니다.

 

    열손실에 대한 준불연 경질우레탄폼단열재 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열 표면의 효과를 조사하는 연구는 발견되지 않았지만 진공 단열 패널((VIP)에 대해 매우 유사한 연구가 수행되었습니다. 이 연구는 또한 매우 얇고 높은 열전도율 표면(일반적으로 알루미늄 호일)이 열손실에 미치는 영향과 연결된 두 면 사이의 접합부 주변에 선형 열교를 형성하는 영향을 분석했습니다.

 

    이 자료는 다음과 같이 구성됩니다.

   ① 단원 2에서는 이 연구의 수치 계산 및 실험 측정에 사용된 재료 및 방법에 대한 설명을 다룹니다.

   ② 단원 3에서는 수치 계산 결과와 실험 측정에 의한 검증이 나와있으며

   ③ 논의는 단원 4에 있습니다.