경질 우레탄폼(PUR/PIR)의 기술적, 물리적 특성
Ⅲ. 경질 우레탄폼(PUR/PIR)의 기술적, 물리적 특성
단열 재료의 특성은 구조, 사용된 원료 및 제조 공정에 따라 다릅니다. 적절한 단열재를 선택하는 데에는 단열 특성이 가장 중요합니다. 건물의 기능성과 안전성에 대한 단열재의 선택에 있어 중요한 기준은 기계적 강도, 노화 방지, 방음 특성 및 습기와 화재에 대한 내성입니다.
경질우레탄폼단열재(PIR/PUR)는 우수한 단열 특성을 나타냅니다. 열전도도가 매우 낮으며, 최적의 에너지 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 경질우레탄폼단열재의 우수한 기계적 강도와 탁월한 내구성은 건축 산업 에서 사용되는 단열재의 모든 요구 사항을 충족시킵니다.
1. 열전도율
단열재의 가장 중요한 특성은 열전도율입니다. 이러한 단열 성능을 위한 척도는 낮은 열전도율 또는 높은 열저항입니다.
1) 단열재의 열전도율 및 열저항
열전도율(λ)은 특정 재료의 특성입니다. 열 흐름 방향에서 두 표면 사이의 온도 차이가 1K(켈빈)일 때, 1m2의 표면과 1m 두께의 재료로 된 평평한 층을 통한 W(와트) 단위의 열 흐름을 나타냅니다. 열전도율 (λ)의 측정 단위는 W/(m·K)입니다.
열 저항(R)은 구조적 층의 단열 효과를 나타냅니다. 두께(d)를 건물 구성 요소의 설계 열전도율 값으로 나눔으로써 얻어집니다. R=d/λ(EN ISO 6946에 따라) 열 저항의 단위(R)는 (m2·K)/λ입니다. 여러 층을 포함하는 구성 요소를 구성할 때, 각 층의 열 저항은 함께 더해집니다.
열관류율(U)은 열 흐름 방향에서 표면 온도 사이의 온도 차이가 1K일 때, 1m2의 건물 구성 요소를 통한 와트(W) 단위의 열 흐름입니다. U-값은 주어진 구조에 대해 U=1/R로부터 계산할 수 있으며, 일반적으로 W/(m2·K)로 표시됩니다.
경질우레탄폼단열재의 열전도율과 열저항은 EN 13165의 부속서 A 및 부속서 C에 따라 결정됩니다.
2) 경질우레탄폼단열재의 열전도율
경질우레탄폼단열재의 열전도율은 아래 사항에 의존합니다.
① 사용된 셀 가스
② 밀도
③ 온도
④ 물과 습기가 있는 상태에서의 작용
⑤ 측정 시간
(1) 셀 가스의 영향
경질우레탄폼단열재의 우수한 단열 성능은 발포제를 사용하여 얻을 수 있습니다. 10℃의 기준 온도에서 발포제의 열전도율은 공기의 열전도율보다 현저하게 낮습니다.[(λair = 0.024W/(m·K)] 가장 일반적으로 사용되는 발포제는 하이드로카본 펜탄(hydrocarbon pentane)이며, 순수한 이성질체이거나 이성질체의 혼합물, 이소 또는 시클로펜탄(cyclopentane)이며, 열전도율은 0.012~0.013W/(m·K)입니다. 특수한 목적을 위해, HFC-365mfc 또는 HFC-245fa와 같은 fluorohydrocarbons가 사용됩니다.
경질우레탄폼단열재는 폐쇄 셀의 비율이 90% 이상의 높은 독립 기포 함량으로 발포제는 장기간에 걸쳐 단열재에 남아있습니다. 가스 확산 밀폐 면은 주변 공기와의 셀 가스 교환을 감소시킵니다.
[상업적으로 이용 가능한 단열재의 특성 비교]
제조업체가 지정한 열전도율은 장기간의 값입니다. 이것은 적어도 25년의 단열재 수명을 기준으로 하며, 실제로 수명은 60년 이상이 될 것으로 예상합니다. 열전도율은 노화 영향을 어느 정도 허용합니다. 제품 규격 EN 13165의 부속서 C는 경질우레탄폼단열재 노화의 영향을 결정하는 절차를 설명합니다.
열전도율의 초기 값은 단열 보드를 제조한 후 승인을 받은 기관에서 1~8일 후 EN 13165에 따라 모니터링의 틀 내에서 결정됩니다.
(2) 밀도의 영향
밀도가 높아짐에 따라 구조재의 양이 증가합니다. 이로 인해 구조재에 전달되는 열의 비율이 증가합니다. 그러나 열전도율의 증가는 밀도의 증가에 비례하지 않습니다. 경질우레탄폼단열재의 열전도율은 건물 관련 밀도 범위 30~100kg/m3에서 거의 변화가 없습니다.
(3) 열의 영향
단열재의 열전도율은 온도가 낮아짐에 따라 감소합니다. 반면에 온도가 증가하면 열전도율이 최소한으로 증가합니다. 열전도율의 측정은 표준화된 조건에서 측정됩니다. 이것은 측정된 값이 평균 온도 10℃로 변환되는 이유입니다. 10℃의 기준 온도와 비교된 건물 응용 분야의 열전도율에서의 최소 편차는 열전도율의 설계 값에서 고려됩니다.
(4) 28일 동안 물에 담근 후 물 흡수의 영향
25℃의 기준 온도에서, 물의 열전도율 λ=0.58W/(m·K)입니다. 가장 일반적인 단열재의 열전도율이 0.020~0.050W/(m·K) 사이이므로, 물 침투로 인한 흡수는 열전도율을 증가시킵니다. 그러나 수분 흡수는 경질우레탄폼단열재의 열전도율에 미치는 영향이 적습니다.
독일에서 수행된 한 연구에 따르면 28일 동안 물에 담근 후 펜탄으로 발포된 경질우레탄폼단열재의 열전도율은 무시할 수 있으며, 약 0.0018W/(m·K) 정도입니다.
3) 열전도율 선언 값
열전도율(λD)의 명시된 값은 EN 13165에 규정된 조건 및 규칙에 따라 측정된 측정값에서 파생됩니다. 선언된 값은 통계적 분산 및 노화 증가를 고려하여 초기 측정값에서 결정됩니다. 이것은 0.001W/(m·K) 단위로 보고됩니다.
4) 경질우레탄폼단열재의 장기 열전도율
독일의 한 연구 기관에서는 15년 동안 경질우레탄폼단열재에 대한 장기 열전도율을 측정하였습니다. 열전도율 및 셀 가스 조성을 주기적으로 측정하였습니다. 아래의 그림은 실온에서 15년 보관 기간 동안 펜탄으로 발포한 경질우레탄폼단열재의 열전도율 변화를 보여줍니다.
[제조 후 15년 동안 경질우레탄폼단열재의 열전도율 증가]
고체 물질 구조의 열전도율과 발포 셀의 열 방출 외에, 경질우레탄폼 발포체의 열전도율은 셀 가스를 통한 열전달에 대부분 의존합니다. 연구 초기에 상대적으로 급격한 열전도율의 증가는 CO2[(열전도율 λCO2 0.016W/(m·K)]와 공기[(열전도율 λair 0.024W/(m·K)]간의 가스 교환 때문입니다.
대략적으로 3년 후에, 셀 가스 조성물은 안정한 평행에 도달하고, 그 이후에는 열전도율이 최소한으로 변합니다. 일반적으로 두께가 두꺼운 단열재는 더 낮은 장기 열전도율 값을 달성할 수 있습니다.
시간 곡선은 펜탄에 대한 EN 13165에 따른 ‘고정 증분’이 정확하게 측정되었음을 보여줍니다.
① 5.8mW/(m·K) 두께〈 80mm
② 4.8mW/(m·K)두께 80mm 이상이고 120mm 미만인 경우
사용자는 열전도율(λD)의 선언된 값이 매우 오랜 기간에도 초과되지 않음을 확신할 수 있습니다.