출처: https://cdn.ymaws.com/www.polyiso.org/resource/resmgr/Tech_Bulletins/tb404_Feb2018.pdf
1. 서론
이 기술 자료는 준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소시아누레이트(PIR)과 같은 건축 자재의 흡수 특성에 대한 자료입니다. 법규를 준수하는 벽 및 지붕 조립에서 의도된 용도에 따라 적용했을 때, ASTM C1289에 따라 제조된 준불연 경질우레탄폼 단열재는 수분에 대한 내구성과 낮은 수분 흡수력을 보여주며 높은 수준의 열 성능을 제공합니다.
나무, 그틸, 콘크리트, 다양한 유형의 단열재, 석고보드 및 기타 자연 또는 합성 건축 제품과 같은 광범위한 건축 자재의 적절한 사용을 고려할 때, 습기에 대한 건축 자재의 반응은 중요한 요소입니다. 건축 자재의 적절한 사용은 의도된 기능, 최종 사용시 실제 수분 노출 및 주어진 수준의 수분 노출 결과를 포함하여 다양한 요인에 따라 달라집니다. 궁극적으로 수분은 지능형 설계, 건축법 준수 및 효과적인 건물 유지보수를 통해 적절하게 관리되어야하는 건물 위험을 제공합니다.
2. 수분 흡수란?
수분 흡수란 실제로 상당히 복잡한 과정입니다. 그러나 실제적인 목적으로, 재료가 수분을 흡수하고 방출하는 방법은 두 가지가 있습니다. 아마도 가장 친숙한 과정은 흡수입니다. 이 과정에서 액체 물은 재료의 공극으로 직접 유입되어 액체 물처럼 유사하게 방출됩니다. 예를 들어, 스폰지 또는 종이 타월은 중력에 의해 압축 또는 배수함으로써 다시 액체 물로 쉽게 배출될 수 있는 액체 물을 흡수합니다.
그러나 여전히 남아있는 물은 조금 더 복잡하고 관찰하기 어려운 과정에 의해 물질에 더 강력하게 보유하고 있습니다. 이 과정은 물 분자가 물질의 내부 공극 표면에 끌어 당겨 부착되는 과정을 다루기 때문에 “흡습성”입니다. 이러한 방식으로 물의 흡입은 흡착으로 알려져 있으며, 이 과정에 의한 제거는 탈착으로 알려져 있습니다. 이러한 흡습 형태의 수분 흡수는 액체 수분과 직접 접촉하지 않고 주변 공기의 상대 습도(수증기 함량)의 변화에 기초하여 재료의 수분 함량을 변화시킬 수 있습니다.
ASTM C209에는 다음과 같은 관련 정의가 있습니다.
3.3.4 흡착– 다음의 결합된 과정을 설명하는 데 사용되는 물리 화학의 일반적인 용어:
흡수– 예를 들어 다른 고체나 액체에 대량으로 물질이 침투하는 것과 같이 다른 물질에 의한 대량의 물질을 흡수하는 것을 의미합니다.
흡착– 극히 얇은 분자층이 그들이 접촉하는 고체나 액체의 표면에 부착되거나 유지되는 것을 의미합니다.
[수분이 재료와 상호 작용하여 수분 함량에 영향을 미치는 두 가지 방법]
수분 함량은 두 가지 방법으로 측정됩니다. 단열재 표준의 경우, 수분 함량은 일반적으로 표준 크기(부피) 표본 내에서 측정된 물의 부피 기준으로 보고됩니다. 이것을 체적 수분 함량이라고 합니다. 다른 경우 및 다른 물질의 경우, 수분 함량은 표준 크기 시편의 오븐 건조 중량으로 나눈 물 중량으로 보고될 수 있습니다. 이를 건조 중량(질량) 기반 수분 함량이라고 알려져 있습니다. 둘 다 동일한 것을 측정하지만, 보고된 수분 함량의 크기는 매우 다르며 혼동될 수 있습니다. 수분 함량 측정이 “apples-to-oranges” 비교를 피하기 위해 공통적으로 보고되는지 확인해야합니다. 수분 함량(MC)은 다음과 같이 한 기준에서 다른 기준으로 변환될 수 있습니다.
MC(% 체적) = MC(% 체적 무게 기준) × (재료 밀도/물 밀도)
3. 다양한 건축 자재의 성능 비교
건축 자재는 광범위한 수분 흡수 특성을 나타냅니다. 이러한 특성은 이전 단원에서 설명한 두 가지 유형의 수분 흡습에 해당하는 두 가지 다른 범위에서 측정됩니다.
수분 흡수의 제1형태는 액체 형태의 물 흡수입니다. 다양한 표준 시험 방법은 재료의 수분 흡수 특성에 대한 “지수”를 제공할 수 있습니다. 이러한 시험 방법의 주요 목적은 표준화되고 반복 가능한 실험 조건하에서 측정한 재료 특성을 평가하는 것입니다. 그런 다음 이 측정 값은 특정 제품의 용도에 적합한 성능을 유지할 수 있도록 최소 재료 특성이 달성되도록 보장하기 위해 사용됩니다.
아래의 표는 일부 일반적인 단열재의 표준화 및 인증을 위한 표준 수분 흡수 시험방법 및 최대 수분 함량 기준의 몇 가지 예를 제공합니다. 동일한 시험방법을 사용하지 않는 경우(ASTM C2723 vs ASTM C209) 결과 또는 기준의 비교는 부적절합니다. 동일한 시험방법을 사용하더라도, 비교의 목적으로 실제 최종 사용 성능에 대한 결론을 도출하기 위한 결과의 추정은 실제적인 관점에서 부적절합니다.
[다양한 단열재의 수분 흡수 저항 특성화를 위한 표준 시험방법 및 기준]
[참고] 0.3%까지 낮은 값은 96시간 물에 함침을 요구하는 ASTM D2824와 같은 시험 방법을 사용하여 평가할 때에에도 호일 면 준불연 경질우레탄폼 단열재로 달성할 수 있습니다.
이러한 표준화 또는 지수 시험방법은 실제 최종 사용 조건을 복제하기 위한 것이 아닙니다. 실제로 많은 건축 자재의 수분에 대한 1차 노출은 액체 물 노출로 인한 흡수 과정이 아니라, 흡착/탈착 과정을 통한 것입니다(단열 성능에 잠재적인 단일 영향보다 훨씬 더 중요한 결과를 초래합니다). 대부분의 건축 자재는 액체 수분 또는 통제되지 않는 수준의 수분 증기에 노출되도록 설계되지 않았습니다. 이러한 이유로 벽과 지붕 덮개, 내수성 장벽 및 증기 억제제는 법규 준수에 필요하며, 적용 가능한 건축법에 따라 적절하게 설계, 위치 및 디테일해야 합니다.
물질이 수분과 상호 작용하는 2차 과정은 언급한 바와 같이 물질의 내부 공극 표면에 물 분자의 고정을 다루는 “흡습성”입니다. 흡착은 흡습성 범위에서 물의 흡입이며 탈착은 흡습성 범위에서 물의 방출입니다. 이 과정은 다양한 건축 자재에 대한 아래 그림의 흡습 흡착 등온선으로 표시됩니다. 흡습 흡착 등온선은 ASTM C1498에 따라 측정됩니다.
흡습 수분 등온선은 주변 공기의 주어진 상대습도(그림의 수평축)에서 재료의 평형 평형 수분 함량(그림의 수직축)을 나타내는 곡선입니다. 이러한 등온선은 주어진 재료의 흡입(흡착) 및 방출(탈착)에 따라 다릅니다. 흡착 등온선은 주변 환경의 상대습도 변화에 대한 재료의 반응(습윤 또는 건조)을 설명합니다.
[일반적인 건축 자재의 흡습 흡착 등온선의 예]
상기 그림의 (1)에서, 준불연 경질우레탄폼 단열재(재료 #4)는 다른 일반적인 건축 자재와 비교하여 적당한 흡수성 또는 친수성 재료인 것으로 관찰됩니다. 100% 상대습도 노출 조건에서 수분 함량(건조 중량 기준)이 0.06(또는 6%)으로 최대화 된 것으로 나타납니다. 체적 수분 함량 기준으로의 변환을 사용하여, 값은 0.06×(2.1/62.4)=0.002 또는 0.2% 수분 함량입니다. 이는 상대습도가 극심한 조건에서 비교적 적은 양의 수분 흡입입니다. 이것은 다음에 언급된 표준화된 수분 침투 시험하에서 허용되는 수분 흡입량의 약 1/10입니다. 과학 문헌*에 따르면, 습도가 지속적으로 높을 때 수분 흡입량은 열 성능에 최대 10% 영향을 미칩니다.
* 출처: Tobiasson, W., Greatorex, A., and Van Pelt, D.(1991), “New Wetting Curves for Common Roof Insulation,” 1991 International Symposium on Roofing Technology(refer to Figure 9, p388 of proceedings)
4. 지붕 및 벽 시스템 성능과의 관계
이전 단원에서 제시한 데이터에서 단열 제품을 포함한 다양한 재료가 광범위한 수분 흡수 특성을 가지고 있음이 분명합니다. 그럼에도 불구하고, 재료가 건축법을 준수하는 방법으로 사용될 때 허용 가능한 성능이 상당히 넓은 범위의 재료 수분 반응 특성을 견딜 수 있다는 것도 마찬가지로 분명합니다. 액체 수분에 직접 노출된 상태에서 장기간 성능을 발휘할 수 있거나 가능한 재료는 지붕 멤브레인 보호막 또는 기초 단열 아래의 외부와 같은 건물의 내후성 외피의 외부 적용에 가장 적합한 재료로 습윤이 자주 발생합니다.
준불연 경질우레탄폼 단열재 및 기타 다양한 재료는 이러한 유형의 습식 최종 사용 조건에 적합하지 않습니다. 이러한 재료는 건물의 내후성 외피 안에 사용해야하며, 이는 필요한 경우 밑 깔개를 포함하여 벽과 지붕 재료 아래의 방수 장벽 내부를 의미합니다. 결과적으로 일부 준불연 경질우레탄폼 단열재에는 외부 벽에 필요한 단열 및 방수 장벽 기능을 제공하기 위한 적절한 방수 기능이 있습니다.
일반적으로 습기에 민감한 물질이 적당히 건조되도록 건물을 설계하고 유지하는 것이 바람직합니다. 이러한 이유로 처리되지 않은 목재 및 코팅되지 않은 강철 구조 재료, 대부분의 단열재 및 기타 여러 유형의 건축 자재는 건축법을 준수하고 기능적으로 유지 관리하는 지붕시스템 및 창문, 문 및 통풍구와 같은 벽 및 지붕 관통의 후레싱과 같은 외부 벽 덮개(물 저항 장벽 포함)를 사용하여 과도한 액체 수분 노출로부터 보호해야합니다.
또한 수증기는 현지 기후조건과 특수 내부 수분 부하에 따라 환기 또는 증기 억제제를 건축법에 따라 적용하여 제어해야합니다. 건축법 준수가 부족하거나 유지관리가 부적절로 인해 젖은 건물이 실내 공기질 또는 단열 성능과 같은 비 구조적 또는 사용 가능성 문제에는 영향을 미치지 않습니다. 또한 구조 재료가 저하되어 안전 문제가 발생하고 감지되지 않으면 최종적으로 붕괴될 수 있습니다. 요컨대, 비교적 건조한 건물은 건강하고 내구성 우수한 건물이며, 대부분의 건축 자재는 합리적으로 건조하고 건축법을 준수하며 적절하게 유지 관리되는 건물에서 나타납니다.
5. 요약 및 결론
수분 흡수는 두 가지 과정, 즉 흡수와 흡착을 포함합니다. 두 과정 모두 최종 사용 조건에 따라 재료의 수분 함량을 변화시킬 수 있습니다. 다른 많은 일반적인 건축 구성 요소 및 재료와 비교할 때, 준불연 경질우레탄폼 단열재는 수분에 약간 민감합니다. ASTM C1289에 따라 제조되고 기능적으로 유지되는 건축법 준수 벽 및 지붕 조립체에 사용될 때, 준불연 경질우레탄폼 단열재는 성공적인 수분 내구성 성능과 예외적으로 높은 열 성능을 보여주었습니다. 건축법 호환 지붕 및 벽 덮개 시스템과 함께 벽과 지붕을 건축하는데 사용됩니다. 마지막으로 적절한 내수성 표면재 및 설치 디테일을 사용하여 준불연 경질우레탄폼 단열재는 건축법 호환 외벽 조립에서 연속 단열층 및 방수 장벽으로서 이중 역할을 효과적으로 수행할 수 있습니다.
준불연 경질우레탄폼 단열재는 다음과 같은 특성으로 인해 효과적인 단열재가 됩니다.
① 아스팔트 및 접착제 호환성
② 구성요소 호환성
③ 충격 저항
④ 내구성
⑤ 내습성
⑥ 열저항