3. 결과 및 논의
1) 단열재의 물 흡수
아래 그림에서 35% RH, 65% RH 및 95% RH 이하의 단열재의 수분 함량은 시간과 유사한 관계를 가지고 있음을 알 수 있습니다. 흡습성 곡선은 상대적으로 매끄럽고 대략 세 단계로 나눌 수 있습니다: 빠른 흡습 단계, 안정된 흡습 단계, 포화 흡습 단계. 또한 상대 습도는 포화 수분 흡수율, 수분 흡수 및 평형 수분 함량에 도달하는 데 필요한 시간에 정비례하는 것으로 관찰되었습니다.
[질량(%)과 시간의 함수율과의 관계 (a) PF 단열재(페놀폼 보드) (b) 폴리우레탄]
① 35% 상대 습도(RH) 조건에서, 폴리우레탄 단열재는 6일 후 0.65%의 평형 수분 함량에 도달했습니다. PF 단열재(페놀폼 보드)는 22일 후 5.34%의 평형 수분 함량에 도달했습니다.
② 65% 상대 습도(RH) 조건에서, 폴리우레탄 단열재는 평형 수분 함량이 1.65인 10일 후에 평형 수분 함량 상태에 도달하고, PF 단열재(페놀폼 보드)는 약 6.32%의 평형 수분 함량으로 22일 후 평형 수분 상태에 도달했습니다.
③ 95% 상대 습도(RH) 조건에서, 폴리우레탄 단열재는 16일 후에 평형 수분 흡수 상태에 도달했으며, 여기서 평형 수분 함량은 6.74%였습니다. PF 단열재(페놀폼 보드)는 36일 후 평형 상태에 도달하였으나, 평형 수분 함량은 약 12.24%였습니다.
이상의 결과를 바탕으로, PF 단열재(페놀폼 보드)와 폴리우레탄 단열재의 흡습성에 상당한 차이가 있다는 결론을 내릴 수 있습니다. PF 단열재(페놀폼 보드)의 평형 흡습성 용량은 폴리우레탄 단열재보다 훨씬 큽니다. 폴리우레탄 단열재의 흡습율은 낮은 습도에서도 낮으며, 이는 재료의 소수성 특성과 관련이 있습니다.
2) 동결/해동 주기가 수분 흡수 및 열전도율에 미치는 영향
(1) 수분 흡수
단열재의 수분 흡수에 미치는 동결/해동 횟수의 영향을 아래 그림에 나와있습니다. 이 그림에서 동결–해동 주기의 수가 증가함에 따라 흡수된 수분의 질량이 PF 단열재(페놀폼 보드)와 폴리우레탄 단열재 모두에 대해 선형 방식으로 증가함을 알 수 있습니다.
[단열재의 수분 흡수에 동결–해동 주기가 미치는 영향, (a) PF 단열재(페놀폼 보드) (b) 폴리우레탄]
동결/해동 횟수에 따른 PF 단열재(페놀폼 보드)의 수분 흡수 변화에 대한 적합한 공식은 다음과 같습니다.
ω = 11.855 + 0.986N, (1)
여기서 N은 주기 횟수입니다. 동결–해동 주기 수에 따른 폴리우레탄 재료의 수분 흡수에 대한 적합한 공식은 다음과 같습니다.
ω = 6.671 + 0.0225N, (2)
여기서 N은 주기 횟수입니다. 아래 그림에서 폴리우레탄 재료의 수분 함량은 PF 단열재(페놀폼 보드) 소재의 수분 함량에 비해 미미하게 변함을 알 수 있습니다. 동결–해동 주기가 없는 경우, 페놀 단열재의 흡수율은 고온 다습한 환경에서 12.8%였고, 폴리우레탄 단열재의 흡수율은 6.74%에 불과했습니다. 폴리우레탄 단열재와 PF 단열재(페놀폼 보드)의 초기 흡수율은 습한 환경에서 낮은 것으로 관찰되었습니다. 동결–해동 주기의 수가 증가함에 따라, 샘플의 수분 흡수도 어느 정도 증가했습니다.
[동결–해동 주기에서 단열재의 수분 흡수 및 열전도율 변화. (a) 수분 흡수율, (b) 열전도율]
동결–해동 테스트 25회 후, 수분 흡수율은 33.79%로 초기 수분 흡수율보다 1.6배 높았습니다. 동결–해동 테스트 50회 반복한 후, 수분 흡수율은 60.14%에 도달하여 초기 흡수율보다 3.7배 더 높았습니다. PF 단열재(페놀폼 보드)의 수분 흡수는 동결–해동 주기의 영향을 받는 것으로 관찰되었습니다.
50회의 동결–해동 테스트 후 폴리우레탄 단열재의 수분 흡수율은 7.85%에 도달하여 초기 흡수율보다 16% 더 높았습니다. 이는 습한 환경에서 폴리우레탄 단열재의 수분 흡수율이 동결–해동 주기의 영향을 덜 받는 것을 보여줍니다.
(2) 열전도율
동결–해동 주기 수에 대해 측정된 PF 단열재(페놀폼 보드) 및 폴리우레탄 단열재의 열전도율은 아래 그림과 같습니다.
[단열재의 열전도율에 대한 동결–해동 주기의 영향 (a) PF 단열재(페놀폼 보드) (b) 폴리우레탄]
이 그림에서 동결–해동 주기 수가 증가함에 따라 두 단열재의 열전도율도 선형적으로 증가함을 알 수 있습니다. 동결–해동 주가 수에 따른 PF 단열재(페놀폼 보드) 시료의 열전도율의 적합한 공식은 다음과 같습니다.
λe = 0.0279 + 2.7746 × 10⁻⁴N, (3)
여기서 N은 완료된 동결–해동 주기의 수입니다. 동결–해동 주기 수에 따른 폴리우레탄 단열재 샘플의 열전도율에 대한 적합한 공식은 다음과 같습니다.
λe = 0.02782 + 1.0691 × 10⁻⁵N, (4)
여기서 N은 완료된 동결–해동 주기의 수입니다. 상기 그림 [동결–해동 주기에서 단열재의 수분 흡수 및 열전도율 변화. (a) 수분 흡수율, (b) 열전도율]에서 PF 단열재(페놀폼 보드)의 열전도율 변화가 폴리우레탄 단열재보다 더 큰 것을 알 수 있습니다. 동결–해동이 없는 PF 단열재(페놀폼 보드)의 열전도율은 0.0305W/(m·K)로 관찰되었습니다. 50회 동결–해동 주기 후 열전도율은 0.0442W/(m·K)에 도달하여 초기 열전도율보다 거의 50% 높습니다.
동결–해동이 없는 폴리우레탄 단열재의 열전도율은 0.0278W/(m·K)입니다. 그러나 낮은 수분 흡수로 인해 50회 동결–해동 주기 후 열전도율은 0.02833W/(m·K)에 도달했습니다. 이 열전도율의 증가는 원래 값의 2%를 넘지 않았습니다. 수분 흡수율이 낮은 폴리우레탄 단열재의 열전도율은 동결–해동 주기가 증가함에 따라 약간 증가했습니다. 또한 폴리우레탄 단열재의 열전도율은 동결–해동 주기의 영향을 받지 않는다고 생각할 수 있습니다.
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