출처: https://www.garlandco.com/uploads/pdf/Engineering-Concerns-in-Metal-Roofing.pdf
5. 에너지 회수
모든 지붕 시스템에서 에너지 회수는 거의 전적으로 R-값에서 도출되고, R-값은 뒤 단원에서 설명한 바와 같이 거의 전적으로 단열에서 도출됩니다. 즉, 고성능 금속 지붕은 투자를 보호하는 가장 좋은 방법 중 하나라는 사실은 부인할 수 없습니다. 고객이 자신의 R-값 투자가 얼마나 손실되었는지 이해하면 일단 물이 단열재를 통과하면 고성능 지붕에서 제공되는 추가 보호 기능이 분명해집니다.
그 사실 외에도, 증가하는 에너지 비용을 고려할 때, 고객들이 에너지 효율을 점진적으로 증가시킬 수 있는 어떤 것도 이용하도록 장려할 충분한 이유가 있습니다. 건물 에너지 사용은 미국 전체 에너지 사용의 35%를 차지합니다. 대부분의 지역에서는 신규 및 기존 건설에 대한 최소 에너지절약 지침을 수립했습니다. 다시 말하지만, ASRAE 90.1은 3층 이상의 상업용 건물에 대한 관련 표준입니다.
방사율은 주로 지붕 기판과 관련이 있습니다. 이 자료의 단원 8에서 설명했듯이, 금속은 다른 지붕 재료보다 열을 더 빨리 방출하여 에너지 효율을 높이는 경향이 있습니다. 그러나 일반적으로 반사율을 통해 가장 큰 에너지절약을 제공하는 것은 금속 지붕에 사용되는 코팅입니다.
금속 지붕은 다양한 색상으로 제공되며, 이는 미적 다양성을 제공하는 동시에 기존의 블랙 탑 지붕과 비교하여 다양한 정도의 알베도(반사율 측정) 및 방사율을 제공합니다. 밝은 흰색의 코팅은 가장 높은 수준의 반사율을 제공하여 거의 모든 대체 지붕 방법만큼 높은 등급을 제공하며 첨부된 표에 표시된대로 기존의 블랙 탑 지붕보다 훨씬 높은 등급을 제공합니다.
건물 소유주들은 현재 에어컨에 연간 약 400억 달러 이상을 지출하고 있고, 흰색 지붕은 에너지 요구량을 40%까지 줄이기 때문에 금속 지붕에 흰색 코팅을 사용하는 것은 마이크로와 매크로 레벨 모두에서 냉각 수요에 상당한 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 흰색 지붕은 최대 냉방 수요을 10~15%까지 줄일 수 있는 것으로 추정됩니다.
6. 화재 저항
금속 지붕의 경우, 재료 테스트에서 가장 중요하고 관련성이 높은 영역 중 하나는 내화성입니다. FM(Factory Mutual) 및 UL(Underwriters Laboratories Inc.)는 국제 독립 실험실 테스트에서 인정받은 시험입니다.
아스팔트나 고무에서 파생된 지붕 재료와 달리 금속 지붕은 자연적으로 내화성이 있습니다. 이러한 이유로 금속 재료 제조업체는 일반적으로 적절한 화재 등급을 달성하기 위해 더 적은 시간과 비용을 투자해야합니다. 기본적으로 지정자에 대한 우려를 불러일으키는 것은 지붕 조립의 일부로 지정된 단열재 및 밑받침입니다.
금속 지붕 시스템을 평가할 때 세 가지 중요한 영역에서 화재 등급을 검토해야합니다.
① 지붕 데크
② 지붕 단열
③ 지붕 커버
나무(가연성) 데크 위에 설치된 금속 지붕은 금속의 자연적인 내염성에도 불구하고 화재로 인한 고온이 기본 가연성 비금속 데크에 불을 붙일 수 있기 때문에 화재 안전 위험이 있음을 쉽게 알 수 있습니다. 비가연성 단열 보드와 비용융 장벽 보드는 가연성 데크 위의 금속 지붕 조립품에서 내화성을 달성하는 데 일반적으로 사용되는 두 가지 방법입니다.
금속 시스템의 또 다른 장점은 뜨거운 금속이 유해 가스를 방출하지 않아 일부 비금속 재료와 관련된 추가적인 건강 및 안전 위험을 야기하지 않는다는 것입니다.
일반적인 지침으로, 지정자는 금속 지붕 조립의 내화성을 평가할 때 A등급 내화 등급을 찾아야합니다. IBC는 금속 지붕 시스템이 두 가지 유사한 실험 계획 중 하나의 테스트 표준을 충족하도록 요구합니다.
① FM에서 사용하는 ASTM E 108
② UL 790
건축법과 매우 유사한 실험 계획은 일반적으로 모범 사례 엔지니어링을 촉진하기보다는 치명적인 오류를 방지하도록 설계되었습니다.
7. 결로
일반적으로 습한 공기가 차가운 표면에 닿으면 응축이 발생합니다. 건물 외피와 관련하여 잠재적인 손상을 입힐 수 있는 응축을 촉진할 수 있는 몇 가지 상황이 있습니다. 여기에는 다음이 포함되지만 이에 국한되지는 않습니다.
① 많은 사람이 모이는 지역(예: 체육관, 교회 등)
② 식품 가공과 같은 습한 공기를 배출하는 공정이 있는 제조 환경
③ 샤워실, 수영장, 한증막, 스파 또는 기타 수분 방출 장비가 있는 구역
부식에 대한 자연적인 민감성에도 불구하고 금속 지붕은 적절한 단열과 환기 또는 증기 지연제가 설치된 경우 위에 언급된 모든 조건에 적합합니다.
따뜻하고 습한 공기는 상승하며, 이는 일반적으로 습한 실내 공기를 차가운 외부로 전달하는 것이 건물의 지붕임을 의미합니다. 금속 지붕으로 인한 응축에 대한 우려는 일반적으로 열을 빨리 방출하는 금속의 경향에 대한 기본적인 이해에서 비롯됩니다. 금속 지붕이 결로 경향이 더 큰 것은 사실이지만 습도가 이슬점에 도달하지 않도록 조치를 취하면 제대로 설치된 금속 지붕에 결로 현상이 발생하지 않습니다.
이슬점은 공기 증기가 응축되어 습기로 응축되는 온도입니다. ASHRAE는 가능한 일슬점을 식별하기 위해 중요한 건물 요소를 분석하기 위한 지침을 제공합니다. 관련된 원칙은 모든 유형의 지붕에 적용되며 구제책은 동일합니다. 건축가 또는 기술자의 목표는 물이 지붕 아래로 응축되지 않도록 따뜻한 공기는 들어오고 차가운 공기는 밖으로 내보내는 것입니다.
단열 문제가 해결되면 금속 및 비금속 지붕의 응축을 제어하는 데 사용되는 두 가지 방법은 환기 및 증기 지연제입니다. 환기 장치는 신축시 또는 이후에 설치할 수 있지만 증기 지연장치는 원래 지붕 설계의 일부이어야합니다.
환기는 금속 패널과 지붕 데크 또는 지붕을 가로지르는 단열재 사이의 공기 이동을 의미합니다. 환기는 일반적으로 밑면 또는 융기부의 관통을 통해 이루어집니다. 기본 아이디어는 공기를 계속 이동시켜 습기 축적을 방지하는 것입니다. 냉방을 위해 적절하게 조정된 HVAC 시스템은 건물 공기가 이슬점에 도달하는 것을 방지하기에 충분합니다. 이슬점 분석에서 HVAC 시스템이나 표준 환기 방법이 응축을 억제하기에 충분하지 않을 것으로 밝혀지면 증기 지연기가 필요할 수 있습니다.
증기 지연장치는 원래 지붕 설계의 일부여야합니다. 증기 지연제의 올바른 위치는 단열재의 따뜻한 면에 있습니다. 추운 겨울이 있는 기후에서는 증기 지연 장치를 지붕 조립의 바닥이나 바닥 근처에 설치해야합니다. 따뜻한 기후에서는, 증기 지연 장치는 단열재의 외부 면에 설치하여 지붕 패널 자체를 증기 지연장치로 변환해야합니다. 증기 지연제의 정확한 위치를 식별하는 것은 그 자체로 과학이며 예상되는 건물 사용으로 인해 응축 문제가 될 때마다 금속 지붕을 설계하는 동안 우선 순위를 부여해야합니다.
일반적으로 응축은 모든 지붕에서 자주 간과되는 설계 문제입니다. 금속의 방열 특성 때문에, 결로가 발생하기 쉬운 응용 분야를 위한 금속 지붕을 지정할 때 이슬점 분석이 계획 공정의 일부인지 확인하는 것이 좋습니다.
흥미롭게도, 금속 지붕은 부식에 취약하지만 실제로는 결로와 관련된 문제는 아닙니다. 결로 현상을 제거하지 않으면 물이 단열재에 침투하여 금속 지붕 덮개의 산화 부식이 발생하기 훨씬 전에 누출이 발생합니다.
8. 실내 공기 품질
지붕과 벽을 통한 습기 침투는 천장 타일, 카페트, 가구 및 HVAC 시스템에 침투할 수 있는 곰팡이 번식 습기의 주요 원인입니다. 공기 중 곰팡이의 위험에 대한 대중의 인식이 높아짐에 따라 특히 학교, 병원 및 커뮤니티 센터와 같은 공공 시설의 지붕을 지정할 때 누출 방지가 중요한 순위가 되었습니다. 적절한 환기 및/ 또는 증기지연 장치가 장착된 제대로 설치된 고성능 금속 지붕 및 벽 시스템은 공기 중 곰팡이와 관련된 수분 침투 및 건강 위험을 제거할 수 있습니다.
외부 건물 외피와 관련된 모든 실내 공기질 문제는 궁극적으로 물 침투 또는 응축으로 인해 발생합니다. 고성능 금속 지붕은 대부분의 기존 지붕 재료보다 물 침투에 덜 민감합니다. 금속 지붕은 응축에 다소 도움이되지만 이 자료에서 제공된 지침에 따르면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.
9. 눈/얼음 유지
눈과 얼음 축적은 북미 건물의 상당 부분에 영향을 미칩니다. 눈과 얼음이 쌓이는 추가 하중을 수용하고 지붕에서 안전하게 대피할 수 있도록 지붕을 설계해야합니다. 눈과 얼음은 덜 가파른 표면에서 있는 것처럼 경사진 지붕에 앉는 경향이 있는데, 녹기 시작하면 사람이나 재산에 심각한 위험이 됩니다.
바람 상승과 마찬가지로 눈과 얼음으로 인한 압력은 지붕의 영역에 따라 달라지는 경향이 있습니다. 밀폐된 공간이나 지붕 표면이 벽과 접하는 영역에서 더 많은 무게가 발생할 수 있습니다. 이러한 다양한 하중을 수용할 수 있도록 구조용 금속 패널을 설계하는 것이 중요합니다. 특정 지붕 경사에 대한 눈/얼음 부하를 계산하려면 건물의 형상과 다양한 노출 수준을 고려하는 ASCE 7 지침을 사용합니다.
또한 마찰계수가 낮기 때문에 금속 지붕은 경사 정도에 비례하여 눈사태 문제에 다소 더 취약합니다. 금속 및 비금속용 고정 시스템의 목표는 눈과 얼음이 사람이나 재산에 피해를 줄 수 있는 곳으로 미끄러지는 것을 방지하는 것입니다. 심각한 책임 문제가 관련되어 있음에도 불구하고 눈/얼음 유지에 대한 의무적인 기준은 없습니다.
눈/얼음 유지를 위해 지붕을 설계하려면 다음과 같은 여러 요인에 대한 신중한 분석이 필요합니다.
① 평방 피트 하중 당 예상되는 무게
② 지붕 경사(더 뾰족한 각도는 유지 시스템에 더 큰 부하를 가함)
③ 이동 하중(지상에서처럼 눈은 지붕에서 이동할 것임)
④ Vector 힘(비탈면과 관련된 부하)
구조 엔지니어 또는 눈 유지 시스템 제조업체는 특정 건물의 세부 사항에 적합한 시스템을 설계하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 금속 및 비금속 지붕에 눈/얼음을 유지하는 가장 일반적으로 사용되는 방법은 고정하거나 부착할 수 있는 눈 보호대와 제자리에 고정하거나 고정하는 눈 울타리입니다.
10. 결론
환경 영향을 줄이는 지속 가능한 설계의 오늘날 추세는 금속 지붕 시장을 새로운 높이로 끌어올리는 데 도움이 되고있습니다. 금속 지붕의 적절한 설계에 근본적인 기술적 문제를 이해하면 지정자는 이 급성장하는 시장을 활용하면서 고객의 장기적인 이익을 제공하고 고객 충성도를 높이고 모든 관련 책임을 줄일 수 있습니다.
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