5. 토론
이 단원에서는, 결과는 더 자세히 분석되어 결과의 잠재적인 원인과 건물 설계의 맥락에서 무엇을 의미하는지 논의할 것입니다. 온도와 습도의 함수로써 료과적인 전도성을 시각화하는 것뿐만 아니라 상승된 온도 노화의 영향과 이를 실시간과 동일시하는 방법을 이해하는 데 초점을 맞출 것입니다. 또한 재료에 대한 측정 데이터를 사용한 벽 조립 실험을 설명하고 실제 실험 환경에서 노화 전후의 유효 전도율에 대한 의미를 탐구합니다.
1) 노화 분석(Aging Analysis)
고온에 의한 노화과정이 일어나면서, 발포제로 인한 저온에서의 열전도성 증가의 영향은 폴리이소시아누레이트 재료에서 증가하는 것으로 보였고 하나의 폐쇄 셀 폴리우레탄 재료(PU-A)에서 나타나기 시작했습니다. 논리는 문제의 원인이 되는 발포제가 빠져 나가 공기로 교체됨에 따라 저온에서 전도성 증가의 효과는 실제로 폴리이소시아누레이트와 폴리우레탄 재료 모두에서 감소할 것입니다.
이는 노화 과정에서 외부 공기의 침투가 발포제가 빠져나가는 속도보다 빠른 속도로 발생하기 때문일 수 있습니다. 외부 공기의 열전도율이 발포제의 전도성보다 높기 때문에 재료의 전체 전도성이 증가합니다. 발포제가 장기간 셀에 남아있기 때문에 저온에서 부정적인 영향이 남아 있습니다.
노화 테스트가 발생한 후 이러한 영향을 경험하는 PU-A 재료의 잠재적인 원인은 외부 공기가 발포제와 혼합되어 혼합물이 응축되기 시작하는 평균 온도를 높이기 때문일 수 있습니다. 마찬가지로, 고온 노화 후 폴리이소시아누레이트 재료의 성능 변화가 저온에서의 성능에 가장 큰 영향을 미친다는 점을 고려할 때, 발포제가 외부 공기와 혼합됨에 따라 저온에서의 응축 효과가 더욱 과장되었음을 시사합니다.
온도 의존 전도성의 함축과 상승된 온도를 통한 가속화된 노화가 성능에 미치는 영향은 건물 설계에 있어 단일 전도성 값이 얼마나 신뢰할 수 없는지를 보여주기 시작합니다. 장기 열저항 테스트 방법을 통해 광고된 값이 노화를 고려하는 경우에도 일부 폼 소재, 특히 폴리이소시아누레이트 재료는 캐나다 기후에서 경험한 저온에서 24℃보다 성능이 훨씬 더 크게 저하됩니다. 이는 장기 열저항이 광고되는 경우에도 의도된 환경에서 성능에 대한 노화의 영향을 이해하고 있을 수 있음을 의미합니다.
고온 가속 노화시험의 결과는 재료의 노화 진행에 대한 통찰력을 제공하지만, 가속 노화 속도를 이해하지 못하더라도, 결과는 노화 진행을 실시간으로 이해하는 데 유용하지 않습니다. 아레니우스 방정식은 시험 방법 지속시간을 동등한 실시간 연령애 동일하도록 돕기 위해 실제 현장 또는 실험실 온도에서 상승된 노화와 등가 시간 사이의 격차를 해소하는 데 도움이 될 수 있습니다.
한 재료 제조업체를 통해 대부분의 스프레이 폼 소재에 대한 활성화 에너지가 58KJ/mol 정도로 쿠닉이 보고한 일반 값과 일치한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 값을 사용하여, 사용 조건 온도 범위에 대한 가속 계수 범위는 60℃에서의 고온 노화를 기반으로 결정되었습니다.
아래 그림의 결과를 바탕으로 60℃에서 4개월의 노화를 비교할 때, 아레니우스 방정식은 20℃에서 등가 시간이 17.91배 더 길다는 것을 알 수 있습니다. 이 결과는 시험된 재료의 경우 고온 노화가 장기 열저항 시험방법에 규정된데로 5년 동안 실험실 환경에 방치된 재료와 유사한 노화 진행을 제공해야함을 시사합니다. 토론토 기후에서 재료가 적용되는 사용 온도의 큰 차이로 인해 실험실 보관과 실제 사용 조건 사이의 간격을 연결하는 것이 더 어려워집니다.
2) 온/습도 시뮬레이션 분석
실제 조건에서 건물 외피의 성능에 대한 온도 의존 전도성의 영향을 결정하기 위해 WUFI 온/습도 분석 소프트웨어를 사용하여 테스트된 재료의 측정값을 사용하여 벽 조립에 대한 온/습도 실험을 수행했습니다. 재료 테스트 결과를 기반으로 재료 파일이 생성되었습니다. 각 재료는 열 유량계를 사용한 측정과 측정된 수분 저장 기능 값을 통해 확인된 온도 및 수분 의존 전도성 값을 포함하고 있으며, 기타 필요한 재료 세부 사항은 제조업체 기술 데이터를 통해 파악되었습니다. 실험 조건은 져랴 소프트웨어를 통해 제공되는 데이터를 활용하여 토론토 기후에서 설정되었습니다.
이 재료는 아래 그림에 표시된 기본 목재 프레임 구성 조립에 적용되었습니다. 상단 그림은 표준 스터드 벽 조립입니다. 하부 그림은 외부 단열층이 추가된 동일한 조립으로, 열저항을 높이기 위한 일반적인 벽 개조의 경우입니다. 또한 하단의 그림은 일반적으로 단열재로 폴리이소시아누레이트와 같은 보드를 사용하는 일반적인 상업용 지붕 조립을 보여줍니다.
그림5-3 [외부 단열된 벽 조립]을 이용한 실험에서는 평균 온도가 외부 환경에 가까운 각 재료의 성능을 조사하기 위해 조사된 재료를 외부 단열층으로만 사용하였습니다. 실험은 조사된 단열층의 각 면뿐만 아니라 중앙을 모니터링했으며, 조립의 위치에서 1월과 7월 동안의 온도 출력을 얻었습니다. 이러한 온도는 실험 기간 동안 동적 유효 전도성의 시각화를 만들기 위해 가속 노화 전후에 실험실 측정을 통해 개발된 온도 의존 전도성 곡선과 함께 사용되었습니다. 이 그래프는 효과적인 전도성과 노화를 고려할 때, 재료의 열성능은 환경 조건과 조립 설계 내의 위치에 따라 달라진다는 것을 보여줍니다.
다음의 실험 결과를 위해, 단열층의 각 면뿐만 아니라 단열층의 중심점에서 온도와 습도 조건을 측정하였습니다. 효과적인 전도성의 가장 정확한 결정은 3-D 표면 그래프의 단원 5-1)에서 제시한 온도와 수분의 전체 범위를 고려할 것입니다. 다음 그래프에서 전도성은 결과 4-2)의 온도 가속 노화에서 측정된 온도 의존 전도성 곡선을 사용하여 계산되었습니다.
이 한계는 높은 수분의 영향을 받는 재료의 범위가 이 분석 부분에서 명확하지 않음을 의미합니다. 그러나 이러한 결과는 여전히 고온을 통해 가속화된 노화 전후의 재료에 대한 유효 전도성의 변황에 대한 명확한 표시를 제공합니다. 재료의 유효 전도성을 계산하기 위해 온도와 습도를 고려한 실험 분석은 현재 향후 작업을 위해 개발 중입니다.
실험 출력의 그래픽 분석은 현재 유효 전도성을 계산할 때 수분을 고려할 수 없지만, 실험 자체는 각 재료의 입력 값을 기반으로하는 반복적인 과정을 통해 온도 및 습도 의존 전도성을 모두 고려합니다. 이러한 특정 값은 측정된 온도 및 수분 의존도 곡선에서 가져온 것입니다.
초기 실험에서, 가장 명확하게 단열재 동적 전도성의 효과를 관찰하기 위해 양쪽에 OSB 및 석고보드가 있는 표준 목재 스터드 벽 조립은 각 단열재로 채워집니다. 벽 조립의 이러한 유형은 단열만으로도 거의 모든 유효 열관류율 값을 달성할 수 있습니다. 아래의 도표는 실험의 각 달 동안 평균 유효 전도성을 보여줍니다. 이러한 그래프를 사용하면, 각 재료가 일정 기간 동안 평균 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 추운 캐나다 기후에서는 단열재의 성능이 건물 전체의 성능, 특히 겨울철에 필수적이기 때문에 이러한 가치를 이해하는 것이 중요합니다.
상기 그래프는 이전 그래프 그림5-2 [표준 목재 프레임 벽 조립]의 벽 조립 내 PU-A 재료의 유효 전도성을 보여줍니다. 실선 전도성의 선은 단열층의 중심점에서 측정값을 나타내고, 위와 아래의 점선은 재료의 내부 및 외부면에서 측정값을 나타냅니다. 단열재의 내부 면을 향하면 이 위치의 온도가 외부 환경보다 안정된 내부 온도에 더 가깝기 때문에 전도성이 내우 안정적으로 유지됨을 알 수 있습니다. 재료의 외부 표면을 보면 온도 변화에 따라 재료 성능이 일정하지 않게 되는 것을 알 수 있습니다.