1. 서론
2. 자료 검토
1) 유효 전도율 2) 최신 유행 재료 3) 재료 노화
3. 방법론
1) 재료 2) 온도 의존 전도율 3) 습기 의존 전도율 4) 침수 테스트 5) 동결–해동 주기 6) 상승된 온도 노화
4. 결과
1) 온도 의존 전도율 2) 상승된 온도 결과 3) 습기 노출 결과 4) 동결–해동 결과
5. 토론
1) 노화분석 2) 온/습도 실험 3) 효과적인 전도율 표면 메쉬 4) 실험 분석과 효과적인 전도율 표면 모델
6. 결론
재료 열전도율을 이해하는 것은 고성능 건물 설계에 있어 필수적입니다. 이 속성은 종종 일정함을 암시하는 단일 값을 사용하여 광고되지만, 연구에 따르면 절연 재료는 온도 및 수분 수준을 포함한 다양한 환경 매개 변수에 따라 변화하는 효과적인 열전도를 가지고 있습니다. 다양한 폴리우레탄(PUR) 및 폴리이소시아누레이트(PIR)를 분석하여 고온, 습기 및 동결·해동 주기에 노출되어 얻은 가속 노화에 의해 효과적으로 전도율이 어떻게 변하는지 확인합니다.
측정된 결과는 추운 기후에서 고성능 및 지붕 조립의 맥락에서 절연 재료의 가정 및 실제 성능을 결정하기 위해 열 가소 시험에 사용됩니다. 결과는 노화와 환경 온도의 영향이 폴리우레탄보다 폴리이소시아누레이트 재료의 성능에 더 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 또한 높은 습도는 모든 폼 재료의 성능을 저하시킬 수 있으며, 오픈 셀 재료의 성능 저하를 극대화 시킵니다.
1. 서론
추운 기후에서 단열재는 건물 외장에서 중요한 역할을 하여 벽을 통과하는 열 흐름을 제한합니다. 단열의 성능은 주어진 재료 두께를 통한 열 전달율을 나타내는 성질인 열전도율에 의해 정량화 됩니다. 단열재를 선전하는 전도율은 열유량계에 의한 정상 상태 열전달 특성에 대한 ASTM C518 표준 시험방법과 같은 실험실 시험을 통해 결정됩니다. 이러한 방법론은 열유량계에서 20℃의 Δ(델타) 온도를 사용하여 평균 24℃의 온도에서 재료를 테스트해야 합니다. 그러나 ASTM C518을 통해 얻은 열전도율 결과는 실제 환경에서 건물 단열재의 실제 성능을 결정하는 데 오해의 소지가 있다는 연구 결과가 나왔습니다.
ASTM C518 표준은 한 평균 온도에서 측정만 요구하지만, 온도가 낮으면 전도성이 감소하고 온도가 높으면 전도성이 증가한다는 보고가 종종 있습니다. 연구에 따르면 대부분의 섬유 단열재는 전도성과 온도 사이에 선형 관계를 가지고 있지만, 폴리이소시아누레이트와 같은 일부 폼 단열재에서 전도성은 환경 온도와 비 선형관계를 가지고 있으며 저온에서 전도성을 높일 수 있습니다.
이 영향은 폴리이소시아누레이트 내에서 발견되는 펜탄과 같은 폼 셀 내의 특정 발포제 응결로 인해 발생합니다. 연구에 따르면 단열재는 온도 의존성에 더하여 수분 함량에 의존적인 전도성을 가지고 있습니다. 일반적으로 재료의 전도율과 수분 함량 사이에는 선형적인 상관 관계가 있는 것으로 나타났습니다.
재료 내 수분 농도가 높아지면 발포 단열재의 낮은 열전도율에 비해 물의 전도율이 상대적으로 높아져 재료의 전도율이 높아집니다. 온도와 습도의 영향을 결합하여 재료의 유효 전도성을 결정하며, 이는 주어진 환경 조건 하에서 단열재의 실제 열 성능을 설명합니다.
온도와 습도 범위에 따라 달라지는 단열재의 효과적인 전도성 외에도 대부분의 다양한 단열재는 시간이 지남에 따라 노화 및 환경 풍화 등의 영향으로 성능 저하를 경함합니다. 발포 단열재에서, 시간이 경과함에 따라 열 성능 저하의 주요 원인은 풍화 및 노화로 인해 재료 생산에 사용되는 발포제 가스가 발포 셀 구조에서 빠져나와 공기로 대체되기 때문입니다.
단열재 노화와 관련하여, 폐쇄 셀 단열재 폼의 장기 열 저항 측정을 위한 CAN/ULC-S770-15 표준 시험 방법은 장기 열 저항(LTTR)을 일관된 실험실 환경에서 5년의 노화 기간 후 ASTM C518에 따라 측정한 전도율 값을 말합니다. 테스트 과정의 신속한 진행을 위해, 보다 짧은 시간 내에 장기 열 저항을 결정하기 위한 가속 노화 방법이 개발되었습니다.
노화만으로 단열재 성능에 영향을 미치지만, 온도 및 수분 농도 상승에 따른 환경 풍화 현상은 폴리머 소재의 열화에 기여하는 것으로 나타났습니다. Ludwick의 연구 범위는 폼의 구조적 성능에 초점을 맞추고 열전도율에 대한 노화 영향 조사를 포함하지는 않았지만, 이러한 유형의 노화 기법이 재료의 전도율에 미치는 영향을 조사하는 것이 유용할 것입니다.
동결/해동 주기를 진행하는 발포제에 관한 연구도, 폐쇄 셀 단열재를 포함한 발포제의 수분 저장 용량이 ~165 주기 후에 증가할 것이라는 것을 보여주었습니다. 이것은 동결/해동 주기가 흔한 추운 기후에서, 노화된 재료는 수분을 보유하는 능력이 증가할 수 있고, 따라서 동결–해동이 재료에 야기할 수 있는 다른 물리적 분해 외에도 높은 수분 수주 능력으로부터 성능에 더 큰 영향을 미칠 수 있는 가능성을 가지고 있다는 것을 보여줍니다.
다양한 습도와 온도에 대한 단열재의 성능에 대한 조사뿐만 아니라, 이러한 관계가 재료의 노화에 의해 어떻게 영향을 받는지에 대한 조사는 건설된 환경에서 이러한 재료의 예상 성능에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 것입니다.
건설 산업이 패시브하우스와 같은 고효율 디자인 전략을 지향함에 따라 성능 수준뿐만 아니라 단열 성능을 결정할 수 있는 정확도가 디자인 전반에 큰 영향을 미칠 것입니다. 발포 단열재에 대한 보다 철저한 이해는 설계자들이 건설에 앞서 가정된 것과 유사한 수분에서 수행될 효율적으로 설계된 조립의 개발을 도울 것입니다.
2. 자료 검토
문헌 고찰에서는, 온도와 상대 습도 의존도에 관한 연구와 관련된 주제를 논의할 것입니다. 온도 의존성 및 수분 의존성 열전도의 개념을 탐구하고, 현상이 발생한 원인에 대한 이해를 개발할 것입니다. 또한 발포 단열재의 물성에 대한 연구는 재료 자체에 대한 더 깊은 지식을 얻기 위해 검토될 뿐만 아니라 온도와 상대 습도에 따라 다양한 재료가 어떻게 다른 방식으로 영향을 받는지 이해하기 시작할 것입니다.
발포 단열재에 초점을 맞추어 발포제 효과와 같은 발포체 관련 요소도 논의될 예정입니다. 본 연구에서는 현 연구에서 지식 격차나 불확실성에 대한 아이디어를 개발하기 위해 노화 및 환경 조건이 발포 재료의 성능에 미치는 영향에 대해 논의하고자 합니다. 이와 유사한 연구 과제의 방법론과 결과가 논의되어 본 연구 프로젝트의 방법론 개발에 유용한 틀을 제공하고 발포 단열재에 대한 노화 영향 분석의 지식 상태에 대한 이해를 제공할 것입니다.
1) 유효 전도율
단열재의 전도율에 온도와 습기의 영향을 이해하려면 먼저 온도 의존 전도율의 개념을 이해해야 합니다. 단열재에 대한 일반적인 오해는 주어진 재료의 전도율이 환경 조건 범위에서 일정하다는 것입니다. 단열재에 대한 광고된 전도율 값은 ASTM C518-15에 따른 24℃에서 시험을 기반으로 하며, 광고된 장기 열 저항(LTTR)은 폐쇄 셀 폼 단열재의 경우 사용되는 CAN/UCL-S770-15에 설명된 방법과 같이 엄격하게 제어된 실험실 환경에서 결정됩니다. 재료의 장기 열 저항을 결정하기 위한 표준에서, 열전도율 값은 여전히 24℃에서 ASTM C518-15에 따른 측정을 기반으로 합니다.
Grin 등이 수행한 연구는 대부분의 재료에 대해 전도성에 선형적인 경향의 있다는 것을 언급하고 있습니다. 추운 온도에서는 일반적으로 전도성이 더 낮으며, 고온에서는 전도성이 더 높습니다. 아래 그림은 이러한 전도성의 변화는 다양한 단열재에 대해 보여집니다. 온도 의존 전도율은 물리학의 물질 법칙의 기본 상태를 통해 설명될 수 있습니다. 재료의 온도가 증가하면, 재료의 분자가 진동하고 더 빨리 움직이게 되어 전도율을 통한 열 전달 속도가 증가하게 됩니다.
마찬가지로, Muller-Steinhagen & Ochs에 따르면 습도에 의한 단열재로의 확산은 수분 함량이 증가함에 따라 열전도율의 증가를 유발합니다. 아래 그림과 같이, 수분 함량이 증가하면 일반적으로 0.02~0.04W/mK 범위에서 수행하도록 광고되는 건식 폼 단열재의 전도성에 비해 물의 전도성(0.6W/mK)이 상대적으로 높아져 재료의 전도성을 증가합니다. 또한 높은 온도에서 수분 함량이 증가하여 전도성에 영향을 미치는 속도가 더 높은 결과가 나왔습니다.
온도 의존성과 수분 함량 의존도 두 가지 모두의 영향 사이에서 일정한 전도성을 가정하여 설계된 벽 또는 지붕 조립의 전반적인 열 저항은 예상과 다르게 수행될 수 있습니다. 많은 현대 열 가소 시험 소프트웨어에서 재료 데이터베이스는 종종 정확도를 높이기 위해 가정된 선형 온도에 의존하는 전도성을 사용합니다. 대체 표준은 이 효과를 인정하기 시작했고, 의도된 환경에서 재료의 성능을 보다 정확하게 평가하기 위해 최종 용도에 가까운 조건에서 재료의 보고된 열 특성을 측정해야 한다고 제안하였습니다.
이 문제는 끓인 물이나 냉동 온도 이하의 냉매와 같이 매우 높거나 낮은 온도에서 액체를 운반하는 파이프 단열의 경우에 종종 중요하며, 그러나 추가적인 연구에 따르면 외부 환경에서 경험하는 온도의 범위는 성능에도 큰 영향을 미칠 수 있습니다