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준불연 경질우레탄폼단열재의 다양한 면이 단열 건물의 벽 코너를 통한 열전달에 미치는 영향(3)

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

 3) 면이 있는 단열재를 통한 열전달에 미치는 영향의 실험적 측정

 

 

     열교의 평가는 동일한 설계의 두 건축 요소, 열교가 있는 첫 번째 요소가 열교가 없는 두 번째 요소에 대해 표준화된 측정 방법을 사용하여 실험적으로 수행할 수 있습니다. 건물 요소를 통한 열 전달(열 저항)은 열 유량계 장치를 사용하여 측정할 수 있습니다. 열 유량계 정치는 열 유량계가 설치된 두 개의 플레이트로 구성되어 시편 위와 아래에 배치되었습니다. 열 유량계의 치수는 600×600mm이고, 열 유량계의 측정 면적은 254×254mm입니다. 설정점 온도는 모든 테스트에서 일정하게 유지되었습니다. θi=20θe=0로 내부 및 외부 표면 저항은 고려되지 않았습니다.

 

     측정의 원리는 바닥판과 상단판 사이에 일정한 온도 차이를 만들고 일정한 온도 조건에서 비열 흐름과 표면 온도를 측정하는 것이었습니다. 측정된 시편의 R-값은 다음 방정식에 따라 계산되었습니다.

     여기서 Δθ측정된 시편의 반대 표면에서 온도 차이 K, q는 시편을 통과하는 열 유량 W/m², 재료의 열전도율은 λ,(W/mK)는 다음 방정식에 따라 계산됩니다.

 

     여기서 d- 시편의 두께 m입니다.

 

     열유량계 장치는 고체 물질의 열 저항과 열전도율을 결정하기 위해 지정되었지만 Lorenzati et al.(2004) 다른 열전도성 재료로 만든 복합 시편의 등가 열저항 Re를 결정할 수 있습니다. 테스트 샘플에 형성된 선형 열교의 열전달 계수는 다음 방정식으로 제공됩니다.

     ɭ열 유량계의 측정 영역의 길이와 동일한 시편에 형성된 선형 열교의 길이 0.254m, A- 측정 영역 m², λ연속 시편의 열전도율(W/mK), λe- 내부를 향한 시편의 등가 열전도율(W/mK)

 

     ΔΦ W/m의 준불연 경질우레탄폼단열재 PIR1m 연결을 통한 열유량의 증가는 방정식을 사용하여 계산되었습니다.

  

3. 결과

 

 1) 수치 계산의 결과

 

     [그림4]는 서로 다른 면을 향한 준불연 경질우레탄폼 PIR로 단열된 코너를 통과흐는 열 흐름율을 보여줍니다. 방정식2를 사용하여 알루미늄 호일을 마주보고 준불연 경질우레탄폼 PIR로 단열된 벽 코너와 마주보지 않은 준불연 경질우레탄폼 PIR로 단열된 벽 코너 사이의 계산된 열 흐름 차이는 ΔΦ=0.484W/m이고, 다른 표면을 가진 시편의 경우 ΔΦ=0.001W/m입니다. 이 수치는 알루미늄 호일이 다른 외장 재료에 비해 구조를 통한 열흐름을 증가시켰음을 입증했으며, 평가되어야합니다.



그림4, 4-1 [준불연 경질우레탄폼 PIR로 단열된 벽 코너를 통과하는 열 흐름율, 서로 다른 면을 향함: (a) 알루미늄 호일, (b) 다층 알루미늄 표면, (c) 복합 종이 표면, (d) 플라스틱 표면]

     얻어진 결과 [2]는 다층 알루미늄 표면, 복합 종이 표면 또는 플라스틱 표면을 사용할 때 열교값이 동일함을 보여줍니다. 이는 이러한 표면이 준불연 경질우레탄폼 PIR 단열재의 열전도율에 가까운 열전도율을 가지기 때문에 열교의 값에 미치는 영향이 매우 작기 때문입니다. 알루미늄 호일의 경우처럼 매우 얇은 표면이라도 상황을 악화시킬 수 있습니다. 외장이 없는 준불연 경질우레탄폼 PIR 단열재를 사용할 때 계산된 열관류율 값은 PIR 자체와 유사한 열전도율을 갖는 외장과 함께 PIR을 사용한 경우에 가깝습니다.

 

 

2 [계산된 결과]

그림5 [직면하지 않고 준불연 경질우레탄폼 PIR로 절연된 벽 코너룰 통한 열 흐름율]

그림6 [보드 사이의 조인트에 알루미늄 호일이 없고 조인트에 PU 접착제가 있는 알루미늄 호일 표면 PIR로 단열된 벽 코너를 통과하는 열 흐름율]

그림7 [단열된 벽 코너를 통한 열 흐름 (a) 조인트에 PU 접착제가 없는, 알루미늄 호일 표면 PIR (b) 조인트에 PU 접착제가 없고 표면이 없는 PIR]

그림8 [알루미늄 호일면 PIR로 단열되고, 벽 코너를 통한 열 흐름율, 알루미늄이 제거되고 조인트에 PU 접착제가 없음]

     모델링된 벽 코너에서 PIR 단열 조인트에 10mm PU 접착제층을 사용하여 조인트에 대향하는 알루미늄 호일이 연결된 PIR 보드의 외부 표면을 향하는 알루미늄 호일에 접촉하지 않도록 했습니다.

 

     알루미늄 표면을 사용한 준불연 경질우레탄폼 PIR 결과가 다른 옵션과 다르고 나머지 표면이 있는 코너의 값이 동일하다는 점을 감안할 때, 면이 없는 준불연 경질우레탄폼 단열재로 절연된 코너를 분석하기로 결정했습니다. 상기의 [그림5]는 준불연 경질우레탄폼 PIR로 단열된 코너를 통과하는 열흐름의 강도를 보여주며, 두 단열재 사이의 조인트에는 PU 접착제가 있습니다.

 

     외장이 없는 준불연 경질우레탄폼 PIR 단열재와 알루미늄 외장이 아닌 PIR 단열재가 있는 코너는 동일한 값을 갖는 것으로 관찰되었으므로 알루미늄이 아닌 경우 PIR 외장을 평가하지 않기로 결정했습니다. 복합 종이, 다층 알루미늄 표면 또는 플라스틱 표면으로 직면한 준불연 경질우레탄폼 PIR은 표면이 없는 PIR과 동일한 결과를 제공했다고 말할 수 있습니다. 이 연구에서 이후의 모든 비교는 알루미늄 표면이 있는 준불연 경질우레탄폼 PIR과 표면이 없는 PIR 사이에서 이루어졌습니다.

 

     또 다른 모델링된 코너 구조는 이 틈새에 PU 접착제를 사용하여 보드 사이의 조인트에 대항하는 알루미늄 호일을 제거한 PIR이었습니다. 이 구조의 열 흐름율은 [그림6]에 나와있습니다. 이 구조는 조인트에 면과 PU 접착제가 없는 준불연 경질우레탄폼 PIR을 가지고 있었기 때문에 [그림5]에 주어진 구조와 비교할 수 있습니다. 이 두 구조 사이의 열 흐름의 차이는 ΔΦ=0.088W/m이었으며, 거의 중요하지 않은 것으로 평가할 수 있었습니다.

 

     PU 접착제는 조인트에 일반적으로 사용되지 않기 때문에 조인트를 향한 알루미늄 호일이 인접한 준불연 경질우레탄폼 PIR 보드의 외부 및 내부 표면의 PIR 단열 알루미늄 호일 면과 모두 접촉하는 상황을 고려했습니다. 비교를 위해 PU 접착제를 사용하지 않고 직면하지 않는 준불연 경질우레탄폼 PIR에 대해 또 다른 실험을 수행했습니다. 실험 결과는 [그림7]에 나와있습니다.

 

     선형 열교가 계산되었고, 그리고 그 값은 알루미늄 호일 표면 PIR[그림7a]로 단열된 벽 코너의 경우 Ψ=-0.005W/m·K이고, 면이 없는 PIR로 단열된 벽 코너에 대해서는 Ψ=-0.041W/m·K로 나타났습니다[그림7b]. 알 수 있듯이, 알루미늄 호일 외면이 아닌 준불연 경질우레탄폼 PIR로 단열된 벽 코너의 열교를 계산할 때, 두 보드 사이의 코너 조인트에 있는 PU 접착제를 평가할 수 없습니다. 이 두 가지 변형 사이의 열흐름 차이는 ΔΦ=0.72W/m이며, 이는 조인트에 PU 접착제를 사용하지 않고 벽 코너 구조를 통한 열 흐름이 증가했음을 의미합니다.

 

     준불연 경질우레탄폼 단열재 PIR 단열재의 조인트에서 마주보는 알루미늄 호일을 통해 증가하는 외부로의 열 흐름을 줄이기 위해 이 조인ㅌ크에서 표면을 제거해야했습니다[그림8]. 이 경우 선형 열관류율 값은 Ψ=-0.037W/m·K입니다. 그런 다음 알루미늄 호일을 면하고 알루미늄 호일을 제거한 PIR 단열재 및 조인트의 PIR 접착제를 면하고 조인트[그림7b]에서 PU 접착제를 사용하지 않은 PIR 단열재 사이의 열 흐름 차이는 [그림6]에서 표시한 구성보다 8.5배 낮은 ΔΦ=0.08W/m인 방정식 (2)를 사용하여 계산되었습니다. 수치 실험의 모든 결과는 [2]에 요약되어 있습니다.

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