5.4 효과적인 열전도율 표면 모델 및 실험 분석
이전 단원의 메쉬 표면과 비교하여 여기에 제시된 모델은 측정된 데이터에 가장 적합한 다항식 표면 방정식으로 단순화됩니다. 이러한 표면 공식은 온도와 상대 습도의 함수로 열전도율을 계산할 수 있는 모델을 제공합니다. 각 표면에는 부록에 해당하는 다항식 방정식과 계수 목록이 있습니다.
이전 표면과 유사하게 표면 모양을 명확하게 하기 위해 z-축 스케일이 선택되었으며 재료에 따라 다릅니다. 제시된 값을 정확하게 이해하려면 아래 그림들 사이의 다양한 z-축 스케일을 기록하는 것이 중요합니다. 아래 그림은 다음에 대한 다항식 모델을 표시합니다. 이 폐쇄 셀 폴리우레탄 단열재는 모든 테스트를 통해 상대적으로 성능이 일관되게 유지되었으며, 가장 높은 수분과 온도에서만 10% 이상의 열전도율 증가가 거의 발생하지 않았습니다.
상기 아래 그림에서 두 번째 폐쇄 셀 폴리우레탄 단열재 B는 몇 가지 주요 차이점을 제외하고 폴리우레탄 단열재 A와 유사한 모델을 나타냅니다. 폴리우레탄 단열재 B의 경우 매우 높은 수분은 폴리우레탄 단열재 A 측정만큼 영향을 미치지 않았습니다. 이 단열재는 또한 다양한 수분에 걸쳐 더욱 일관성을 유지하며 온도에 따라 상당히 선형적인 열전도율을 경험합니다.
상기 그림에서 오픈 셀 폴리우레탄 C의 표면 방정식이 제시되어 있습니다. 모델이 30% RH 부근에서 열전도율에 융기를 생성하는 데 약간의 문제가 있는 반면, 측정된 데이터는 90% RH까지 표면이 온도와 약간의 선형 상관관계를 가지며 상당히 평행해야 함을 나타냅니다. 이 문제 외에도, 이 표면은 높은 수분에서 엄청난 증가로 인해 수분 의존 열전도율이 폴리우레탄 C 성능의 주요 요인임을 나타냅니다.
두 번째 오픈 셀 유효 열전도율 모델은 폴리우레탄 C에서 예상되는 것과 유사한 표면을 나타냅니다. 표면의 대부분은 상대적으로 평평하며 온도와 열전도율 사이에는 약간의 선형 관계가 있습니다. 특히 높은 온도와 결합된 가장 높은 수분에서 열전도율의 증가는 매우 커집니다.
폴리이소시아누레이트 단열재의 경우 둘 다 매우 유사한 유효 열전도율 모델을 나타냅니다. 이러한 단열재는 저온에서 열전도율이 엄청나게 크게 증가하며, 이 영향은 높은 수분과 결합할 때 모델에서 더욱 증가하는 것으로 나타났습니다. 모든 폴리우레탄 재료는 매우 높은 습도를 제외한 대부분이 조건에서 상대적으로 일관된 열전도율을 유지하는 반면, 폴리이소시아누레이트 A 및 B 모두 폐쇄 셀 내의 발포제에 의한 영향으로 인해 저온에서 열전도율이 크게 증가합니다.
이러한 다항 방정식의 개발을 통해, 단열재 반응에서 발견된 경향은 표면 맞춤 공식을 얻을 수 있는 만큼단순화되었으며, 동시에 특정 환경 조건에서 단열재의 반응이 정확하게 제시될 수 있는 만큼 상세한 기능을 제공합니다. 이러한 표면 모델로부터 MATLAB 소프트웨어를 통해 얻은 표면 방정식을 사용하여 단원 5.2에 제시된 분석과 유사한 실험 결과 분석이 완료되었습니다.
이 실험 분석에서는 새로운 단열재와 오래된 단열재의 성능을 비교하는 대신 단원 5.2에 제시된 것처럼 온도 의존성만 사용하는 것이 아니라 온도와 습도의 함수로 단열재의 유효 열전도율을 보다 정확하게 결정하는 것이 목표입니다. 그림에서 그래프는 토론토의 일반적인 1월과 7월 동안 계산된 유효 열전도율뿐만 아니라 조립품의 단열층 중간점의 온도와 습도를 나타냅니다. 단원 5.2의 그래프와 마찬가지로 유효 열전도율은 단열층의 중심점뿐만 아니라 각 면에서도 계산되어 층을 통한 유효 성능의 범위를 이해합니다.
실선은 단열층의 중심점에서 계산된 유효 열전도율을 나타내고, 점선은 단열층의 각 표면에서 계산된 유효 열전도율을 나타냅니다. 또한 재료 샘플을 비교하기 쉽도록 y-축은 그래프 간에 일관성을 유지하여 온도와 습도의 영향을 모두 받는 단열재의 차이를 보다 명확하게 보여줍니다.