플라스틱, 알루미늄 또는 다층 면과 마주 보는 준불연 경질우레탄폼단열재(PIR)는 건물의 단열재로 사용됩니다. 외장재는 준불연 경질우레탄폼단열재(PIR) 제품 사용 조건에 따라 선택됩니다. 이러한 제품이 결합된 건물의 코너에서, 외장은 열흐름 이동 방향을 향할 수 있으며 양쪽 벽을 향한 준불연 경질우레탄폼단열재(PIR)의 연결에 형성된 선형 열교를 통해 열전달을 크게 증가시킬 수 있습니다.
건물 벽면에 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR의 설치를 분석하고, 선형 열교의 구조적인 설계를 작성하고, 선형 열교의 열전달 계수를 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 PIR로 단열된 건물의 코너를 통한 열전달에 대한 서로 다른 열전도도 표면의 영향을 평가할 필요성에 대한 더 많은 이해를 제공합니다.
1. 서론
지난 수십 년 동안, 건물의 에너지효율 향상에 대한 엄청난 발전이 이루어졌으며 온실 효과를 생성하는 기존 연료 소비와 CO2 배출량을 줄였습니다. 건물 부문은 전 세계 총 에너지소비의 거의 40%를 차지하므로 상당히 높은 오염 물질을 담당했습니다. 이 범위의 경우, 효율적인 단열재의 사용은 종종 건물 외장을 통한 열 손실을 줄이는 핵심 요소입니다.
다른 산업 분야에서 널리 사용되기 전에는 건설 분야에서 점점 더 많이 적용되고 있는 가장 효율적인 단열재 중 하나는 경질 폴리이소시아누레이트 우레탄폼(PIR)입니다. 경질 폴리이소시아누레이트 우레탄폼(PIR)은 미국의 저 경사 지붕에서 가장 널리 사용되는 단열재입니다(시장 점유율의 50~70%). 이 단열재는 벽의 단열에도 널리 사용됩니다. 예를 들어, 호일 표면 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR은 주거용 건축 또는 석재 이중 벽 건축에서 벽 외장으로 가장 많이 사용되며 다른 단열재에 비해 가장 큰 열 저항값(R-값) 중 하나를 생성합니다.
준불연 경질우레탄폼단열재 PIR은 기본적으로 이중 컨베이어인 더블 벨트로 알려진 기계에서 보드 형태로 생산되며, 그 사이에 폼이 관리된 두께로 발포됩니다. 라미네이트에서 얻은 전면 시트 제품은 지붕이나 단열 외피와 같은 건축 용도로 널리 사용됩니다.
면은 일반적으로 미네랄, 알루미늄 호일 또는 복합 필름으로 만들어집니다. 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR의 표면 유형에 따라 연성 표면 또는 경질 표면 PIR 폼 보드를 구분할 수 있습니다. 외장의 선택은 일반적으로 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR이 설치된 벽 구조에 따라 다릅니다. 예를 들어, 얇은 알루미늄 호일을 사용하는 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR은 일반적으로 석재 또는 콘크리트 벽 시스템 및 주거 및 상업용 목재 프레임 구조의 외부 또는 내부 연속 단열재로 사용됩니다.
플라스틱 외장이 있는 준불연 경질우레탄폼단열재은 일반적으로 프리 캐스트 단열 콘크리트 샌드위치패널의 생산과 현장 단열 콘크리트 벽의 건설에 사용됩니다.복합 페이퍼 호일을 사용하는 PIR에도 동일한 적용이 존재합니다. 다른 유형의 표면은 [그림1] 나와있습니다.
그림1 [폴리이소시아누레이트 표면의 유형: (a) 알루미늄 호일, (b) 복합 종이 호일, (c) 다층 알루미늄 호일 표면, (d) 역청 표면]
준불연 경질우레탄폼단열재는 용도에 맞게 다양한 외장이 선택됩니다. 외장은 자외선(UV) 열화로부터 폼 코어를 보호합니다. 표면 재료는 준불연 경질우레탄폼단열재의 생산 및 사용에 다양한 기능을 제공합니다. 이것은 생산 과정에서 폼 코어를 함유하기 위해 사용되어 완성된 단열 보드의 안정성을 만듭니다. 또한 표면은 제품의 개발 단계에서 여러 기능, 특히 강도 및 치수 안정성에 대한 기여를 제공할 수 있습니다. 다른 표면은 수증기 장벽, 습기 차단, 반사 표면 또는 기계적 손상에 대한 보호를 생성할 수 있습니다.
준불연 경질우레탄폼단열재의 호일 및 플라스틱 외장은 제품의 R값을 안정화하고 열전도율을 낮추고 단열재의 장기 열저항을 유지하는 데 사용됩니다. 준불연 경질우레탄폼이 제조되면 많은 작은 폐쇄 셀(cells)이 생성됩니다. 이것은 발포 반응 중에 기화된 발포제가 이러한 작은 셀을 채운다는 것을 의미합니다. 셜과적으로, 셀의 가스 구성이 변하고 준불연 경질우레탄폼단열재의 열전도율이 시간이 지남에 따라 증가합니다. 따라서 준불연 경질우레탄폼단열재의 초기 열적 특성을 유지하기 위한 목적은 건물 단열재를 설치하는 동안 이러한 표면의 손상을 최소화하는 것입니다.
그러나 이러한 제품이 함께 결합되는 건물의 코너에서 표면을 열흐름 이종 방향으로 배치할 수 있으며, 건물 코너에서 형성된 선형 열교를 통해 열전달을 증가시킬 수 있습니다. 열교는 건물 외피의 일부로써, 열전달이 균일하지 않으면 다차원 열 흐름이 발생하는 것을 말합니다.
선형 및 점 열교의 영향으로 인한 벽 구조의 열 투과율 감소를 조사하기 위해 많은 연구가 수행되었습니다. Theodosiou et al.(2017) 환기된 외피에서 열교 영향의 특성을 조사하여 적절한 설계가 최적의 결과에 크게 기여할 수 있음을 입증했습니다. Theodosiou(2008)는 열교가 에너지소비에 미치는 영향을 조사하기 위해 그리스 건물에 사용되는 대표적인 벽 단열 구성에 대한 연구를 발표했습니다.
Zalewski et al.(2010)은 금속 트러스 사이에 단열재가 설치된 금속 골조로 이루어진 산업용 경량 구조 벽을 통해 수증기 장벽과 내부 및 외부 코팅을 통해 열손실의 정량적 평가를 수행했습니다. 이 연구는 강철 프레임 열손실이 다른 곳보다 두 배 이상 집중적이라는 것을 보여주었습니다.
열교가 연전달에 미치는 영향을 평가하기 위해 다른 방법 즉, 수치 계산, 표준 공식, 측정 등이 사용됩니다. Larbi(2004)는 3개의 선형 열교(slab-on-grade floor-wall junction, floor-wall junction, and roof-wall junction)에 대한 열투과율 회귀 모델을 제시했습니다. 모든 모델에 대해, 상대 오차는 5% 미만이었으며, 수치 계산에서 얻은 오차(약 5%)를 합하면 약 10%가 되며, 이는 계산 공식을 사용하여 일반적으로 얻은 오차보다 적습니다.
특히 냉난방 수요의 대부분이 건물 외피를 통한 전송 손실로 인한 추운 기후에서 설계 및 건축 단계에서 에너지효율 건물의 열손실을 최소화하는 것이 필수적입니다. 열교는 건물 외피의 열손실에 중요한 역할을 하며, 특히 겨울이 지배적인 조건에서 그리고 유럽과 전 세계의 냉방도가 높은 지역에서 최소화되어야합니다. 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 조인트를 평가합니다. 그러나 표면의 영향은 평가되지 않습니다. 일부의 경우에, 연결 부위의 재료에서 면을 제거하고, 코너에 접착하여 제품을 결합하는 것이 권장되지만, 실제로는 준불연 경질우레탄폼 면이 제거되지 않고 접착되는 경우가 많습니다. 따라서 이 연구는 특히 표면이 알루미늄 호일로 만들어진 경우 외장이 칸막이를 통한 열 전달에 영향을 미칠 수 있는 정도를 평가하기 위해 수행되었습니다.
열손실에 대한 준불연 경질우레탄폼단열재 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 플레이트 사이의 조인트 주변에 선형 열교를 형성하는 영향을 분석했습니다.
이 자료는 다음과 같이 구성됩니다. 섹션2에서는 이 연구의 수치 계산 및 실험 측정에 사용되는 재료 및 방법에 대한 설명을 다룹니다. 수치 계산 결과와 실험 측정에 의한 검증은 3장에 나와 있습니다. 논의는 4장에 있습니다.
