외부 단열층(그림5-3~4)을 사용한 실험에서 단열재 내부 온도는 외부 온도에 더 가깝고 층 전체의 온도 범위도 감소했습니다. 이는 주어진 시간에 단열재의 내부 표면과 외부 표면의 성능 차이를 최소화하면서 단열재가 전체 층에 걸쳐 보다 일관되게 작동하도록 합니다. 이 실험에서는 온도 의존 열전도율 곡선에서 알 수 있듯이 오픈 셀 폼이 저온에서 겨울에 더 잘 작동한다는 것을 알 수 있습니다.
아래 그림에서는 지붕 단열층으로 사용된 폴리우레탄 단열재 D의 결과를 볼 수 있습니다. 이전 결과와 마찬가지로 단열재는 단열재의 차가운 표면 쪽으로 약간 더 나은 성능을 발휘합니다. 폴리우레탄 단열재 D의 계산된 유효 열전도율에 관한 중요한 참고 사항은 단열재가 다양한 온도 범위에서 상당히 일관되게 성능을 발휘하지만 단열재 내의 수분 변화가 단열재 성능에 더 큰 영향을 미친다는 것입니다. 벽 내부가 젖거나 단열재가 매우 높은 수분에 노출되는 상황에서는 단원 4.3의 결과에 따라 오픈 셀 단열재가 성능에 가장 큰 타격을 받게 됩니다.
폴리우레탄 단열재 A와 D의 결과와 대조적으로, 아래 그림의 벽 조립체를 사용하여 실험할 때 폴리이소시아누레이트 단열재 PIR A는 매우 일관되지 않은 온도 의존 열전도율을 보여줍니다. 온도가 낮아질수록 노화 후에 큰 증가가 발생합니다. 상기 (그림 5-6)에서 노화되지 않은 폴리이소시아누레이트 단열재 B와 노화된 폴리이소시아누레이트 단열재 B를 사용한 실험은 특히 노화 후에 두 실험 모두에서 가장 추운 1월 기간 동안 유효 열전도율이 덜 일관적이라는 것을 보여줍니다.
단열층 중앙에서는 노화 후 열전도율이 7월보다 약 ~20% 정도 악화됩니다. 상기 그림에서 가장 높은 점선으로 표시된 1월의 단열재 외부 표면이 더 차가울수록 유효 열전도율은 7월의 열전도율보다 최대 70% 더 높게 증가합니다.
다음 상황에서는 아래 그림의 벽 조립이 사용됩니다. 실험은 단열재 중심점에서 측정된 온도 그림을 통해 외부 온도가 20℃ 이하로 떨어짐에 따라 단열재 내 평균 온도가 0℃ 이하로 떨어지기 시작하는 것을 확인했습니다. 다음 실험에서는 섬유 단열재로 채워진 기존 목재 프레임 벽의 외부에 적용되는 2차 단열층으로서 폼층 내부의 평균 온도는 이전 실험보다 외부 온도에 더 가까워지고, 폴리이소시아누레이트 단열재의 저온 열전도율 증가는 더욱 두드러집니다.
단열재를 외부 층으로 사용하여 이러한 실험을 반복하면 유효 열전도율은 온도 범위를 따라 훨씬 다양해집니다. 상기 그림에서 폴리이소시아누레이트 단열재 B는 노화 이전에도 겨울철 외부 단열층으로 사용될 경우 유효 열전도율이 크게 변동하는 것을 볼 수 있습니다. 노화 후에(그림 5.12b) 이 영향은 훨씬 더 심해지며 1월 대부분 동안 성능이 거의 40% 감소하고 때로는 열전도율이 7월부터 최대 80%까지 증가하며 7월에도 상당한 불일치가 발생합니다. 외부 단열층으로 사용하는 경우 단열재의 내부 표면도 여전히 외부 온도의 영향을 받아 단열층의 전반적인 효과가 더욱 감소된다는 것은 분명합니다.
상기 그림에서는 폴리이소시아누레이트 단열재 B에 대한 측정된 단열재 데이터를 이용하여 지붕 조립체를 조사했습니다. 이 결과는 단일 단열층을 사용한 기본 벽 조립과 유사한 결과를 나타냅니다. 폴리이소시아누레이트 단열재는 연중 가장 추운 시기에 열전도율이 급격히 상승하며, 특히 겨울에는 외부 표면에 대한 열전도율이 높아집니다. 다른 실험에서와 마찬가지로 노화 후에 영향이 더욱 과장됩니다.
이러한 결과를 통해 벽 조립체를 설계하는 방법은 벽 조립체를 통한 온도 구배로 인해 단열재 자체의 성능에 큰 영향을 미치고 특정 유형에 대한 조립체 내 위치의 중요성이 증가한다는 것이 분명합니다. 이러한 실험을 통해 단열재의 온도 의존적 열전도율이 알려지면 추운 온도에서 열전도율이 감소하거나 일정한 폴리우레탄과 같은 단열재가 추운 환경에서 외부 단열층 성능을 더 좋게 만들 것이라는 결론을 내릴 수 있습니다. 폴리이소시아누레이트(PIR)와 같이 낮은 온도에서 더 높은 열전도율을 가지는 단열재는 잠재적으로 피하거나 저온 작동 조건의 약점을 수용하도록 설계해야 합니다.
또한 이러한 실험은 건물 수명 주기 동안 성능 차이를 시각화하는 데 도움이 됩니다. 단열재가 노화됨에 따라 열적 특성도 변합니다. 이러한 조사된 단열재의 경우 노화 후 폴리우레탄(PUR) 단열재에서는 평균 열전도율이 증가하지만 유효 열전도율은 상대적으로 일정하게 유지되는 반면 폴리이소시아누레이트(PIR) 단열재의 경우 유효 열전도율 범위가 훨씬 더 커지는 것을 볼 수 있습니다. 유효 열전도율 범위가 클수록 단열재 성능에 큰 영향을 미치는 지속적으로 변화하는 환경 조건으로 인해 특정 재료의 실제 성능을 계산하는 것이 실제로 어려울 수 있습니다.
이러한 실험은 다양한 환경 조건이나 노후화로 인해 단열재의 유효 열전도율이 어떻게 작은 변화라도 건물 외피의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는지에 대한 이해력을 제공합니다. 패시브하우스 건축 설계와 같은 고도의 정확성이 중요한 상환에서는 단열재의 유효 열전도율을 이해하는 것이 매우 중요합니다.
이러한 유형의 고성능 건물에서는 설계 단계에서 이루어진 계산이 에너지 부하 및 장비 선택을 결정하는 데 큰 역할을 합니다. 단열재 열전도율에 대한 입력 데이터가 부정확한 경우 건물의 수명 주기 동안, 특정 기후 조건에서 외피의 성능이 저하되거나 노화의 초기 단계로 인해 건설 후 처음 몇 년 내에 문제가 발생할 수 있습니다.
온도에 따른 열전도율의 영향을 이해하는 것은 패시브하우스 및 기타 고효율 주택 건설에 있어 건축가와 기술자에게 매우 유익할 것입니다. 계획 초기 단계에서 유효 열전도율과 관련된 잠재적인 문제가 확인되면 필요한 경우 보완하기 위해 설계를 변경하거나 단열재 선택을 다시 고려할 수 있으므로 건물 외피에서 예상치 못한 성능 문제가 발생할 가능성이 줄어듭니다.