재료의 열전도율을 이해하는 것은 고성능 건물 설계의 기본입니다. 이 특성은 일정한 것으로 암시되는 단일 값을 사용하여 광고되는 경우가 많지만, 연구에 따르면 단열재는 온도와 수분 수준을 포함한 다양한 환경 매개 변수에 걸쳐 변화하는 효과적인 전도성을 가지고 있습니다. 고온, 수분, 동결 융해 주기에 노출하여 얻어진 가속 노화에 의해 효과적인 전도성이 어떻게 변화되는지를 결정하기 위해 다양한 경질우레탄폼(polyurethane) 및 준불연 경질우레탄폼(polyisocyanurate) 재료를 분석합니다. 측정된 결과는 냉난방 환경에서 고성능 벽 및 지붕 조립체의 맥락에서 단열재의 가정 및 실제 성능을 결정하기 위해 온도/습도 실험에 사용됩니다. 연구 결과 폴리우레탄보다 노화 및 환경 온도가 준불연 경질우레탄폼의 성능에 더 높은 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 또한 높은 수분은 모든 폼 재료의 성능 저하의 원인이 되며, 오픈 셀(open cell) 재료는 최대의 성능 저하를 나타냅니다.
목차
1. 서론
2. 자료 검토
1) 유효 전도율
2) 최신 유행 재료
(1) 폴리우레탄(Polyurethane)
(2) 폴리이소시아누레이트(Polyisocyanurare)
(3) 발포제(Blowing Agents)
3) 재료 노화(Material Aging)
(1) 장기 열저항(Long Term Thermal Resistance, LTTR)
(2) 노화 영향(Aging Effects): 온도 상승
(3) 노화 영향: 높은 습기(High Moisture)
(4) 노화 영향: 동결-해동 주기(Freeze-Thaw Cycling)
3. 방법론(Methodology)
1) 재료(Materials)
2) 온도 의존 전도도(Temperature Dependent Conductivity)
3) 습기 의존 전도도(Moisture Dependent Conductivity)
4) 침수 테스트(Submersion Testing)
5) 동결-해동 주기(Freeze-Thaw Cycling)
6) 상승된 온도 노화(Elevated Temperature Aging)
4. 결과
1) 온도 의존 전도도(Temperature Dependent Conductivity)
2) 상승된 온도 결과(Elevated Temperature Results)
3) 습기 노출 결과(Moisture Exposure Results)
4) 동결-해동 결과(Freeze-Thaw Results)
5. 토론
1) 노화 분석(Aging Analysis)
2) 온/습도 실험(Hygrothermal Simulation)
3) 효과적인 전도도 표면 메쉬(Effective Conductivity Surface Meshes)
4) 실험 분석과 효과적인 전도도 표면 모델
6. 결론
7. 한계 및 향후 작업
1. 서론
추운 기후에서, 단열재는 건물 외피에서 중요한 역할을 하여 벽을 통과하는 열 흐름을 제한합니다. 절연의 성능은 주어진 재료 두께를 통한 열전달율을 나타내는 특성인 열전도율에 의해 정량화됩니다. 단열재의 광고된 단열성은 열 유량계 장치(ASTM C518-15, 2015)DP 의해 정상 상태 열전달 특성에 대한 ASTM C518 표준 시험법과 같은 기준에 따라 실험실 시험을 통해 결정됩니다.
이 방법론은 열 유량계에서 20℃의 델타 온도를 사용하여 24℃의 평균 온도에서 재료를 테스트해야 합니다. 그러나 ASTM C 518을 통해 얻은 열전도율 결과는 실제 환경에서 건축 단열재의 실제 성능을 결정하는 데 오해의 소지가 있음을 보여주었습니다. ASTM C518 표준은 평균 온도 24℃에서만 측정을 요구하지만 낮은 온도에서는 전도성이 감소하고 높은 온도에서는 전도성이 증가하는 것으로 종종 보고됩니다.
연구에 따르면 대부분의 섬유 단열재는 열전도율과 온도 사이에 선형 관계가 있는 것으로 나타났지만 폴리이소시아누레이트(PIR)와 같은 일부 폼 단열재의 경우 열전도율은 환경 온도와 비선형 관계를 가지며 추운 도시에서 열전도율이 증가할 수 있습니다. 이것은 폴리이소시아누레이트(PIR) 내에서 펜탄과 같은 폼 셀 내 특정 발포제의 응축으로 인해 발생합니다.
연구에 따르면 단열재는 온도 의존성 외에도 수분 함량 의존성 열전도율을 가지고 있는 것으로 나타났습니다. 일반적으로 단열재의 열전도율과 수분 함량 사이에는 선형 상관관계가 있다는 것으로 나타났습니다. 단열재의 수분이 증가함에 따라 폼 단열재의 낮은 열전도율에 비해 물의 상대적으로 높은 전도율로 인해 단열재의 열전도율도 또한 증가합니다. 온도와 습도의 영향이 결합되어 단열재의 유효 열전도율이 결정되며, 이는 주어진 환경 조건에서 단열재의 실제 열 성능을 설명합니다.
다양한 온도와 습도에 따라 달라지는 단열재의 유효 열전도율 외에도 대부분의 단열재는 시간이 지남에 따라 노후화 및 환경 풍화의 영향으로 인해 성능이 저하됩니다. 폼 단열재에서 시간이 지남에 따라 열 성능이 저하되는 주요 원인은 풍화 및 노화의 영향으로 인해 단열재 생산에 사용되는 발포제 가스가 폼 셀 구조에서 빠져나와 공기로 대체된다는 것입니다.
단열재의 노화와 관련하여 CAN/ULC S770-15 폐쇄 셀 단열 폼의 장기 열저항 측정을 위한 표준 테스트 방법은 일관된 실험실 환경에서 5년의 노화 기간 후 ASTM C518에 따라 측정된 열전도율 값인 장기 열저항(LTTR)을 설명합니다. 테스트 방법을 진척하기 위해 더 짧은 일정에 LTTR(장기 열저항)을 결정하기 위한 가속 노화 방법이 개발되었습니다. 노화 자체가 단열재의 성능에 영향을 미치는 반면, 온도와 습도의 상승으로 인한 환경적 풍화는 폴리머 재료의 성능 저하에 기여하는 것으로 나타났습니다.
연구 범위는 폼의 구조적 성능에 초점을 맞추고 열전도율에 대한 노화 영향 조사는 포함하지 않았지만 이러한 유형의 노화 기술이 재료의 전도율에 미치는 영향을 조사하는 것은 가치가 있을 것입니다. 동결-해동 순환을 겪는 폼 재료에 관한 연구에서도 폐쇄 셀 단열재를 포함한 폼 단열재의 수분 저장 용량이 ~165주기 후에 증가하는 것으로 나타났습니다.
이것은 동결-해동 주기가 일반적으로 추운 기후에서 노화된 재료의 수분 유지 능력이 증가할 수 있으므로 동결-해동 주기가 재료에서 발생할 수 있는 다른 물리적 저하 이외에 높은 수분에서 성능에 더 큰 영향을 미칠 가능성이 있음을 나타냅니다. 다양한 온도와 습도에 따른 단열재의 성능에 대한 조사와 이러한 관계가 재료의 노후화에 의해 어떻게 영향을 받는지 조사하면 건축 환경에서 이러한 재료의 예상 성능에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
건축 산업이 패시브 하우스와 같은 고효율 설계 전략으로 전환함에 따라 성능 수준뿐만 아니라 단열 성능을 결정할 수 있는 정확성도 설계 전체의 기능성에 큰 영향을 미칠 것입니다. 폼 단열재에 대한 보다 철저한 이해는 건설 이전에 가정한 것과 유사한 수준에서 작동하는 효율적으로 설계된 조립품을 개발하는 데 설계자에게 도움이 될 것입니다.