준불연 경질우레탄폼단열재의 다양한 면이 단열 건물의 벽 코너를 통한 열전달에 미치는 영향(2)

2021년 2월 13일 - 글쓴이: khbkgs1005 - 카테고리: 적용가이드 - No responses

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

2. 방법 및 측정 장비

1) 조사를 위한 벽의 구조 및 재료

수치 계산을 위해 모델링된 환기 벽의 구조는 [그림2]에 나와있습니다.

표1 [벽 재료]

그림2 [벽 코너의 구조: 1- 미장, 2- 기포 콘크리트 블록, 3- 경질우레탄폼, 4- 준불연 경질우레탄폼, 5- 준불연 경질우레탄폼 표면(표1 참조)]

벽의 열관류율 값(U-값)은 유럽 단열재 제조협회(EURIMA) 및 북부 기후에 건설된 건물에 대한 NZEB(Nearly Zero Energy Building) 요구 사항에 따라 선택되었습니다. 0.15W/(m²K)의 열관류율 값은 북유럽 지역의 EU 국가에서 벽의 U-값 범위에 속하며 0.12W/(m²K)에서 0.17W/(m²K) 사이입니다.이 연구에 대한 벽의 열관류율 값(U=0.15W/(m²K))은 EN ISO 6946:2017에 따라 계산되었습니다.

구조는 10mm 내부 석고, 200mm 기포 콘크리트 블록 벽돌, 10mm 두께의 폴리우레탄 접착제 층, 100mm 준불연 경질우레탄폼 단열층(열 특성은 표1에 제공됨), 환기된 공기 간극 및 외부 외장(그림2에는 표시되지 않음) 구조입니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재의 다양한 확산 방지 표면을 선택하여 선언된 열전도율을 유지할 수 있습니다. 이 벽의 구조에는 다층 알루미늄 표면, 알루미늄 호일, 복합 종이 표면, 플라스틱 표면, 준불연 경질우레탄폼 단열재의 조인트에 있는 표면 처리되지 않은 PIR 및 PU 접착제의 네 가지 표면을 가진 PIR 단열재가 사용되었습니다.

이 연구는 벽에 대한 스터드와 패스너의 영향을 평가하지 못하였기 때문에, 이러한 요소들의 영향은 모든 경우에 동일할 것이기 때문에, 스터드와 패스너의 평가에 크게 의존하지 않습니다. 얻어진 결과는 각 경우에 다른 치수와 양을 갖는 다른 패스너가 있기 때문에 유사한 벽 코너에서 선형 열교의 열전달계수의 결정에 직접 적용할 수 없습니다.

실험적 측정을 위한 시편은 알루미늄 호일을 대면하고 다층 알루미네이즈를 대면한 두 개의 100mm 두께의 PIR 보드로 제작되었습니다. 초기 R-값을 측정하기 위해, 제작된 면을 가진 준불연 경질우레탄폼 단열재(600×600mm)를 사용하였고, 그 후 면을 가진 폭 100×100mm(시편의 두께와 동일)의 시편의 중심에서 절단하여 90도 회전시켜 면을 시편의 중앙에 노출시켰습니다. 따라서 새로운 시편에서는 열 흐름 방향으로 면이 나타나 선형 열교를 형성합니다.

그림3 [표시된 측정 영역이 있는 시편: (a) 연속적인 시편, (b) 회전된 삽입 시편]

2) 면 처리된 폴리우레탄 제품으로 단열된 건물 조인트를 통한 열전달의 수치 계산

표준 EN ISO 10211:2017을 준수하는 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)에서 개발한 컴퓨터 소프트웨어 THERM 7은 건물 코너 조인트를 통한 열전달 모델링에 사용되었습니다. THERM 7은 열균일성의 변화가 우려되는 창문, 벽, 기초, 지붕 및 문과 같은 건물 구성 요소를 위한 2차원 열전달 계산 도구입니다. 2D 모델은 벽의 코너에 선형 열교가 형성되었기 때문에 조사를 위해 선택되었습니다. THERM의 열전달 해석은 복잡한 형상과 다양한 열전도성 건축 자재의 복합 구조를 모델링하는 데 전념하는 유한 요소 방법을 기반으로합니다.

Ψ–값은 유한 요소 가정을 사용하여 계산할 때 2D 요소를 통과하는 열 흐름의 차이와 복합 구조를 구성하는 1D 요소(이 경우 벽 코너)를 통한 열 흐름의 합을 나타냅니다. 선형 열교 Ψ의 열관류율 계수는 양쪽 사이에 1℃의 온도 차이가 적용될 때, 길이 m당 열교가 없는 동일한 방법에 대해 열교를 통해 추가된 열 흐름으로 정의할 수 있습니다. 열적으로 차단된 2D 요소와 중단되지 않은 2D 요소의 열전달계수의 차이는 코너를 통과하는 열흐름에 대한 차단의 영향을 나타냅니다. 온도 분포와 열흐름 강도 차트는 이러한 충격을 시각적으로 입증하는 데 사용됩니다. 표준 EN ISO 10211:2017에 따르면, 두 환경 Ψ를 분리하는 선형 열교의 고려된 선형 열투과율은 다음과 같이 주어집니다.

여기서 L2D- 고려중인 두 환경을 분리하는 구성 요소의 2D 계산에서 얻은 열 결합 계수(W/mK), Uj- 고려중인 두 환경을 분리하는 1D 구성 요소 j의 열관류율(W/m²K), lj- 실외 길DL m을 기준으로 값 Uj가 적용되는 2D 기하학적 모델 내의 길이, Mj- 1D 구성 요소의 수입니다.

이 수치 계산을 위해 경계 온도 θint=20℃ 및 θe=0℃ 및 표면 Rsi=0.13(m²K/W) 및 Rse=0.04(m²K/W)의 열전달 저항이 선택되었습니다. 면 PIR 보드로 절연된 모델링된 건물 코너의 선형 열교의 열전달 계수를 면 없이 단일 층의 PIR로 절연된 동일한 코너의 선형 열교 및 조인트의 PU 접착제와 비교했습니다. 얻은 결과 값의 차이는 건물의 단열 벽 코너를 통한 열전달에 대한 다양한 외장 및 PU 접착제의 영향을 나타내는 유일한 지표였습니다. 면 ΔΦ의 영향으로 인해 코너 1m를 통과하는 열흐름의 증가는 다음 방정식을 사용하여 계산되었습니다.