5. 토론
이 단원에서는 결과를 더 자세히 분석하여 결과의 잠재적 원인을 논의하고 건물 설계 맥락에서 결과가 의미하는 바를 논의합니다. 고온 노화의 영향과 이를 실시간과 동일시하는 방법을 이해하고 온도와 습도의 함수로 유효 열전도율을 시각화하는 데 초점을 맞춥니다. 또한 재료에 대해 측정된 데이터를 사용한 벽 조립 실험에 대해 설명하고, 실제 실험 환경에서 노화 전후의 유효 열전도율에 대한 의미를 탐색할 것입니다.
5.1 노화 분석
고온에 의한 노화 과정이 진행됨에 따라 발포제에 의한 저온에서 열전도율 증가 영향은 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재에서 증가하는 것으로 나타났으며, 하나의 폐쇄 셀 폴리우레탄 단열재(PUR-A)에서 나타나기 시작했습니다. 문제를 일으키는 발포제가 빠져서 나가 공기로 대체됨에 따라 폴리이소시아누레이트(PIR) 및 폴리우레탄(PUR) 단열재 모두에서 낮은 온도에서 열전도율 증가 영향은 실제로 감소할 수 있음을 논리적으로 제시할 수 있지만, 실제로는 그렇지 않은 것으로 보입니다.
이는 노화 과정에서 발포제가 빠져나가는 속도보다 외부 공기의 침투 속도가 더 빠르기 때문인 것 같습니다. 외부 공기의 열전도율이 발포제의 열전도율보다 높기 때문에 단열재 전체의 열전도율이 높아지는 원인이 됩니다. 발포제가 장기간 셀에 남아있기 때문에 저온에서도 부정적인 영향이 남아있습니다.
노화 테스트 후 이러한 영향을 경험하는 폴리우레탄 단열재의 잠재적인 원인은 발포제와 혼합된 외부 공기의 침투로 인해 혼합물이 응축되기 시작하는 평균 온도를 높이기 때문일 수 있습니다. 마찬가지로 고온 노화 후 폴리이소시아누레이트 단열재의 성능에 있어서 가장 큰 변화가 저온에서의 성능이었다는 점을 고려하면, 발포제가 외부 공기와 혼합됨에 따라 저온에서의 응축 영향이 더욱 과장된다는 점을 시사합니다.
온도 의존 열전도율의 의미와 상승된 온도를 통한 가속화된 노화가 성능에 미치는 영향은 건물 설계에서 열전도율에 대한 단일 값이 얼마나 신뢰할 수 있는지를 보여주기 시작합니다. 선언된 값이 장기 열저항(LTTR) 테스트 방법을 사용하여 노화를 고려하더라도 일부 폼 단열재, 특히 폴리이소시아누레이트 단열재는 24℃보다 캐나다 기후에서 경험하는 추운 온도에서 성능이 훨씬 더 크게 감소합니다. 이는 장기 열저항(LTTR)이 선언되는 경우에도 의도된 환경에서 성능에 대한 노화의 영향을 과소평가할 수 있음을 의미합니다.
고온 가속 노화 테스트의 결과는 단열재의 노화 진행에 대한 통찰력을 제공하지만 가속 노화 속도를 이해하지 못하면 결과가 노화 진행을 실시간으로 이해하는 데 유용하지 않습니다. 테스트 방법 기간을 실제 등가 수명과 동일시하기 위해 Arrhenius 방정식은 고온 가속 노화와 실제 현장 또는 실험실 온도에서의 등가 시간 사이의 격차를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
재료 제조업체 중 하나를 통해 대부분의 스프레이 폼 단열재의 활성화 에너지가 일반적인 값과 일치하는 약 58KJ/mol이라는 사실이 밝혀졌습니다. 이 값을 사용하여, 60℃의 고온 노화를 기반으로 다양한 사용 조건 온도에 대한 다양한 가속 계속(AFT)가 결정되었습니다.
아래 그림의 결과를 바탕으로 60℃에서 4개월의 노화를 비교할 때 Arrhenius 방정식을 통해 20℃에서의 등가 시간은 17.91배(약 6년) 더 길어진다는 것을 알 수 있습니다. 이 결과는 테스트된 재료의 경우 고온 노화가 장기 열저항(LTTR) 테스트 방법에 규정된 대로 5년 동안 실험실 환경에 방치된 단열재와 유사한 노화 진행을 제공해야 함을 시사합니다. 단열재에 적용되는 사용 온도의 큰 차이로 인해 실험실 보관과 실제 사용 조건 사이의 격차를 해소하는 것이 더욱 어려워졌습니다.
5.2 고온 고습의 실험 분석
실제 조건에서 건물 외피의 성능에 대한 온도 의존 열전도율의 영향을 확인하기 위해 WFUI 고온 고습 열분석을 사용하여 테스트된 단열재의 측정된 값을 사용하여 벽 조립체에 대한 고온 고습 실험을 수행했습니다. 단열재 테스트 결과를 기반으로 단열재 파일이 생성되었습니다. 각 단열재에는 측정된 수분 저장 기능 값뿐만 아니라 열 유량계를 사용한 측정을 통해 발견된 온도 및 수분 의존도 값이 포함되어 있으며, 기타 필수 단열재 디테일은 제조업체 기술 데이터 자료를 통해 얻었습니다. 실험 조건은 WFUI 고온 고습 열분석을 통해 제공된 데이터 파일을 사용하여 토론토 기후에서 설정되었습니다.
이들 단열재는 아래 그림에 표시된 기본 목재 프레임 구성 조립체에 적용되었습니다. 그림1은 기본 스터드 벽 조립입니다. 그림2는 열저항을 증가시키기 위한 목적으로 벽을 개조하는 일반적인 방식으로 외부 단열층을 추가한 동일한 조립품입니다. 그림3은 일반적으로 단열재로 폴리이소시아누레이트(PIR)와 같은 단열재를 사용하는 일반적인 상업용 지붕 조립을 보여줍니다. 그림2를 이용한 실험에서는 외부 환경에 가까운 평균 온도에서 각 단열재의 성능을 조사하기 위해 조사된 단열재를 외부 단열층으로만 사용하였습니다.
실험에서는 조사된 단열층의 중앙과 각 면을 모니터링하고 조립의 해당 위치에서 1월과 7월 동안의 온도를 얻었습니다. 이러한 온도는 실험 기간 동안 동적 유효 열전도율을 시각화하기 위해 가속 노화 전후의 실험실 측정을 통해 개발된 온도 의존 열전도율 곡선과 함께 사용되었습니다. 이 그래프는 유효 열전도율과 노화를 고려할 때 단열재의 열 성능이 환경 조건과 조립 설계 내 위치에 따라 달라진다는 것을 보여줍니다.
다음의 실험 결과를 위해 단열층 중심점과 단열층 각 면의 온도 및 습도 조건을 측정하였습니다. 유효 열전도율을 가장 정확하게 결정하려면 3D 표면에 제시된 것처럼 온도와 습도의 전체 스팩트럼을 고려해야 합니다. 다음 그래프의 열전도율은 결과 단원 고온 가속 노화에서 측정된 온도 의존 열전도율 곡선을 사용하여 계산되었습니다.
이 한계는 이 분석 부분에서 높은 수분에 의해 단열재가 영향을 받는 정도가 불분명하다는 것을 의미합니다. 그러나 이러한 결과는 여전히 고온을 통한 노화 가속화 전후의 단열재에 대한 유효 열전도율의 변화를 명확하게 나타냅니다. 단열재의 유효 열전도율을 계산하기 위해 온도와 습도를 함께 고려한 실험 분석은 현재 향후 작업을 위해 개발 중입니다.
실험 출력의 그래프 분석은 현재 유효 열전도율을 계산할 때 수분을 고려할 수 없지만 실험 자체는 각 재료마다 입력값을 기반으로 하는 반복 과정을 통해 온도 및 습도에 따른 열전도율을 모두 고려한다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이러한 특정 값은 측정된 온도 및 수분 의존 열전도율 곡선에서 가져온 것이며, 부록에서 확인할 수 있습니다.
초기 실험에서는 단열재의 동적 열전도율 영향을 가장 명확하게 관찰하기 위해 양쪽에 OBS와 석고보드가 있는 기본 목재 스터드 벽 조립체를 각 단열재로 채워 실험합니다. 이러한 유형의 벽 조립은 단열재만으로도 거의 모든 유효 열관류율 값을 달성합니다. 다음 챠트는 매달 실험하는 동안의 평균 유효 열전도율을 보여줍니다. 이 그래프를 사용하면 각 단열재가 일정 기간 동안 평균적으로 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 추운 캐나다 기후에서 단열재의 성능은 특히 겨울철에 건물 전체의 성능에 필수적이기 때문에 이러한 값을 이해하는 것이 중요합니다.