출처: http://www.ibpsa.org/proceedings/eSimPapers/2018/2-2-B-2.pdf
2. 테스트 방법
1) 재료 샘플
테스트 방법에 사용되는 재료에는 다양한 유형의 일반 경질우레탄폼(PU-x로 표시됨) 및 준불연 경질우레탄폼 PIR(PI-x로 표시됨)이 포함됩니다. 테스트 방법론의 목적을 위해, 25mm 두께 시트로만 제공되는 PI-A를 제외하고 모든 일반 및 준불연 경질우레탄폼은 50mm 두께로 절단되었습니다. 재료의 종류는 일반적으로 사용되는 단열재 유형의 범위에 걸쳐 선택되었습니다. 별도의 제조사로부터 두 개의 폐쇄 셀(closed-cell) 폴리우레탄 재료(PU-A 및 PU-B)는 열 성능 및 밀도가 비슷하고 표준 중고밀도 일반 경질우레탄폼을 적용합니다.
두 개의 오픈 셀(open-cell) 폴리우레탄 소재는 서로 매우 다릅니다. PU-C는 표준 저밀도 오픈 셀 폼 단열재를 반영하는 반면, PU-D 재료는 오픈 셀 폼에 대해 상대적으로 높은 밀도를 갖는 증기투과성 외부 단열 외부 피복막 역할을하는 것으로 선전되는 새로운 오픈 셀 폼입니다.
오픈 셀(open-cell) 폼은 이론적으로 발포제 가스의 유출로 인한 일부 노화 효과를 방지하지만 노화가 이러한 샘플에 어떤 영향을 미치는지 조사하는 것이 여전히 중요합니다. 준불연 경질우레탄폼 PI-A는 두께 제한이 있는 조립에서 작동하도록 설계된 고성능 알루미늄 표면 소재이며, 이러한 이유로 25mm 두께의 보드로 생산됩니다. 재료 PI-B는 표준 준불연 경질우레탄폼 PIR을 반영하며 판지 표면은 50mm 보드로 제공됩니다. 아래 표는 선전된 열전도율 및 선택된 재료의 밀도를 나타냅니다.
[테스트된 일반/준불연 경질우레탄폼 단열재]
2) 열전도율 측정
각 재료 샘플에 대해 초기 단계에는 열 유량게에서 열전도율을 테스트하는 것이 포함되었습니다. CAN/ULC S770-15 “폐쇄 셀 단열 폼의 장기 열저항 측정을 위한 표준 테스트 방법(Standard Test Method for Determination of Long-Term Thermal Resistance of Closed-Cell Thermal Insulation Foams)”에 따라 재료는 ASTM C518에 따라 테스트해야 합니다.
캐나다 기후에서 재료 성능을 완전히 이해하기 위해 일반 및 준불연 경질우레탄폼은 온도 의존 전도성을 결정하기 위해 –10℃에서 30℃까지의 평균 온도 범위에서 테스트되었습니다. 테스트 장비의 냉각 능력의 한계로 인해 0℃ 이하의 평균 온도에서 테스트는 두 판 사이의 온도 델타를 더 높은 온도에 사용되는 20℃에서 10℃로 감소시킨 상태에서 실행되었습니다.
이러한 측정을 통해 캐나다 기후에서 일반적으로 발견되는 온도 범위에서 일반 및 준불연 경질우레탄폼의 성능을 나타낼 수 있으며, 일반 및 준불연 경질우레탄폼이 온도에 선형적으로 의존하는 열전도율을 가지고 있는지 또는 일부 연구에서 제안한 것처럼 재료가 비정상적인 열전도 경향을 경험했는지 확인하는 것을 목표로 했습니다.
3) 상승된 온도
실험된 노화 방법의 가장 중요한 측면은 LTTR과 같은 단일 전도도 값을 결정하는 것뿐만 아니라 온도 범위에 대한 유효 전도도가 노화 과정에서 어떻게 영향을 받는지 이해하는 것입니다. 가속화된 노화를 통해 일반 및 준불연 경질우레탄폼은 훨씬 짧은 기간 내에 노화곡선을 통해 이동할 수 있습니다. 이 연구에서는 60℃의 저온 오븐을 사용하였으며, 일반 및 준불연 경질우레탄폼의 노화는 4개월 진행되었으며, 전도율은 성능에 미치는 영향을 더 잘 이해하기 위해 월간으로 측정되었습니다.
이러한 설정점은 Berardi & Nosrati(2017)에서 업데이트한 방법론에 따라 결정되었습니다. Arrhenius 식과 활성화 에너지(주어진 재료에서 화학 반응이 발생하는 데 필요한 최소 에너지)와 같은 재료 값을 사용하면 60℃에서 노화에 소요되는 시간을 실제 환경 조건에서 실시간과 동일하게 할 수 있습니다.
4) 수분 노출
재료의 수분 의존성 전도도를 측정하기 위해 건조에서 완전히 잠기는 것까지 다양한 수분 수준에 노출되었습니다. 환경 챔버는 설정된 온도 및 습도 수준에서 안정적인 환경을 만들기 위해 설계 및 제작되었습니다. 이 챔버는 각 설정점에서 최소 7일 동안 40%, 80%, 90% 및 95% RH의 환경과 30℃의 일정한 온도에 일반 및 준불연 경질우레탄폼을 노출하는 데 사용되었습니다.
이러한 설정점 외에도 일반 및 준불연 경질우레탄폼을 60℃의 저온 오븐에서 건조하고 물에 완전히 담가 최소 수분 함량 및 최대 포화도에서 재료의 특성을 결정했습니다. 일반 및 준불연 경질우레탄폼이 각 설정점에 적응한 후, 열 유량계에서 측정되는 동안 일반 및 준불연 경질우레탄폼의 상태를 보존하기 위해 비절연성 증기 불침투성 비닐로 포장되었습니다.
일반 및 준불연 경질우레탄폼의 수분 저장 기능은 일반적으로 폼 재료가 매우 높은 수준에서만 더 많은 수분을 흡수한다는 것을 보여주므로, 높은 수분 수준에서 유효 열전도율과 수분 함량의 임계 변화를 관찰하기 위해 80% RH 이상의 설정점을 선택했는데, 이는 일반 및 준불연 경질우레탄폼의 최소 차이를 볼 것으로 예상되는 80% 미만의 설정점에 비해 더 많은 설정점을 선택했습니다.
5) 동결–해동 주기
연구에 따르면 많은 동결–해동 주기를 거치면 폼 폴리머의 저하로 인해 폼 재료의 수분 저장 용량이 증가할 수 있다고 합니다. 결과적으로 동결–해동 주기의 영향이 유효 전도율과 수분 저장 용량 모두와 관련하여 재료에 대해 조사되었습니다. 이 일반 및 준불연 경질우레탄폼은 추운 기후에서 많은 동결–해동 주기를 경험했기 때문에, 이 방법은 현실적인 환경에서 시간이 지남에 따라 일반 및 준불연 경질우레탄폼이 어떻게 영향을 받았는지에 대한 설명을 제공했습니다. 테스트 챔버는 12시간 회로에서 40℃와 –30℃ 사이에서 순환하였습니다. 이 자료에서 기술한 시험에 사용된 몇 가지 노화 도구에 대한 자세한 내용은 Berardi & Nosrati(2018)에 보고되어 있습니다.
일반 및 준불연 경질우레탄폼은 약 150회 동결–해동 주기에 노출되었고, 열전도율은 약 75회 주기 후에 측정되었으며, 150회 주기 후에 다시 일반 및 준불연 경질우레탄폼이 높은 수분 수준(80, 90, 95% RH 및 침수)에 노출되어 동결–해동 주기에 의한 수분 저장 용량이 증가하는 정도를 측정하였습니다.