이 자료는 외국에서 지붕에 단열재를 설치할 경우 보행에 대한 열전도율을 연구한 자료입니다. 참고하시기 바랍니다.
[지붕 단열에 대한 기계적 손상의 영향]
- 개요
싱글 플라이 지붕 조립에서 지붕 단열재의 기계적 손상은 여러 요인의 결과로 발생할 수 있습니다. 이러한 요소 중 두 가지는 보행량과 우박에 의한 영향입니다. 지붕 단열재의 기계적 손상이 발생하여 지붕 시스템에 전반적인 물리적 특성이 손상될 수 있습니다. 그 결과 물리적 재산 손실이 발생합니다.
1970년대 초반 에너지 위기 이후, 건축 법규는 강화된 열 저항을 맞추고, 에너지 절감을 할 수 있도록 단열재가 더 두꺼워 졌습니다. 지붕 단열재는 지붕 시스템의 예상하는 수명 전반에 걸쳐 충분한 물리적 및 열적 특성을 유지하여 멤브레인 자체의 손상, 단열 값의 손실을 방지할 것으로 기대됩니다. 이 연구의 목적은 지붕 단열재에 대한 기계적 손상의 영향을 조사하는 것입니다.
- 배경
보행량 및 충격으로 인한 손상에 대한 저항은 지붕 단열의 바람직한 특성으로 오랫동안 인식되어 왔습니다. 지붕 단열재 산업의 초기 연구자들은 지붕 단열의 적절한 물리적 특성에 대한 필요성을 인식하고 있었습니다. 1966년 Miles Jacoby는 보행량에 노출되었을 때, 단열재 압축과 셀의 강도 이상으로 “플라스틱” 단열재 하중으로 영구적인 붕괴와 두께 손실을 초래한 결과에 대해 논의했습니다. Jacoby는 또한 우박 충격과 충격 에너지를 흡수하는 지붕 조립체의 효과에 대해 논의했습니다.
1977년 Richard Fricklas가 수행한 연구는 단열재와 멤브레인의 기계적 파괴를 방지하기 위해 적절한 압축 강도의 임계값을 산출했습니다. 1979년 Donald Brotherson은 안전하게 설치하기 위하여 단열재의 “인성(toughness)”을 언급했으며, 지붕 시스템의 수명동안 단열재 충격에 대한 내성이 필요하다고 지적했습니다.
경질 우레탄 폼 단열재(보온판) 폴리이소시아누레이트(Polyisocyanurate) 단열재와 관련하여 표면 시트 박리에 문제가 있었습니다. Jim Koontz은 1986년 극심한 우박이 내릴 때 싱글 플라이를 완전히 접착하면 외장재 박리가 발생할 수 있다고 밝혔습니다.
외장 시트 박리와 압축 강도의 상관관계는 제조업체의 지속적인 연구입니다. John Geary는 설치 도중 및 지붕 설치 완료 후 완전히 부착된 멤브레인에 대한 보행량을 줄이는 것이 바람직하다고 결론지었습니다.
보행량이나 우박 충격으로 단열재가 파손되면, 피해의 중요성에 대한 우려가 제기되었습니다. 지붕 시스템 설치 중에 약간의 단열재 분쇄는 필연적이라고 Thomas Lee Smith에 의해 인정되었습니다. 경질 우레탄 폼 단열재(보온판) 폴리이소시아누레이트(Polyisocyanurate) 단열재의 열저항(R)값 손실에 대한 우려는 새로 제조된 단열재와 오래된 단열재 사이에서 계속적으로 비교되었습니다.
기계적 손상과 관련된 열저항(R)값 손실은 평가되지 않았습니다. 2001년 Scott Baxter는 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate) 단열재를 분쇄하여 표면 시트 박리를 초래한 결과 열저항(R)값의 감소와 바람 향상 특성의 감소에 대해 의문을 제기했습니다.
수직으로 측정된 지붕 조립품의 적절한 인장 강도 유지는 표면이 바람에 융기 저항하는 것이 중요합니다. Joseph Malpezzi는 500파운드/ft2(23,940Pa)의 수직 인장 값, 완전 접착 시스템은 완전히 접착된 시스템에 적절한 성능을 제공합니다. 그러나 수직 인장강도는 기계적으로 부착되거나 바닥에 물건이 있는 단일 플라이 시스템에 있어서는 중요한 요소가 아닙니다.
이전의 보행량 테스트 방법은 유용한 데이터를 제공하는 데 한계가 있었습니다. Joseph Malpezzi가 사용하는 순환 보행량 테스트 중 하나는 직경 15.24cm 또는 182.29 제곱 인치(182.39cm2)의 표면에 285파운드(1267.7N), 지붕 단열재의 상단과 접촉합니다. 200사이클 후에, 단열재의 대다수는 손상이 거의 없었습니다. 이 특별한 보행량 시험은 약 10lbf/in2(69.94kPa)의 하중을 발생시키며, 이는 대부분 단열재 제조업체의 마케팅 자료에 나와 있는 압축 강도보다 훨씬 낮습니다.
Factory Mutual Research Corp(FMRC)는 지붕 조립품을 테스트하기 위해서 200파운드(889.6N)의 하중을 갖는 9인치(22.86cm) 사각 플레이트를 사용합니다. 지붕 조립품은 4회 사이클을 거친 다음 손상 여부를 파악합니다.
PIMA(Polyisocyanurate Insulation Manufacturer’s Association)는 압축 강도가 지붕 단열재에 중요한 품질임을 인식합니다. 2001년 6월 PIMA는 ASTM C165 “단열재의 압축 특성 측정을 위한 테스트 방법”에 따라 테스트 했을 때 경질 우레탄 폼 단열재(보온판) 폴리이소시아누레이트는 일반적으로 압축강도가 16~25psi(110~172kPa)임을 나타냅니다.
- 조사
지붕 조립품은 다음 세 가지 유형으로 제작되었습니다. 1인치(2.54cm) 목재 섬유, 1인치(2.54cm) 압출법보온판 및 1.5인치(3.81cm)의 경질 우레탄 폼 단열재(보온판) 폴리이소시아누레이트입니다. 단열재의 초기 물리적 특성은 지붕 조립품을 제작하기 전에 측정되었습니다. 이러한 물성에는 두께, 밀도, 압축강도, 수직 인장강도 및 열저항이 포함됩니다.
[압축 강도 시험]
싱글 플라이 멤브레인과 단열재의 조립을 사용하여, 지붕 조립은 완전히 부착되고 기계적으로 부착된 구성을 사용하여 구성되었습니다. 지붕 조립품은 두 가지 유형의 동적 하중을 받습니다. 모의 시험된 보행량과 우박 충격입니다.
보행량 측정은 스프링이 장착되어 회전하는 인장 기계를 사용하였습니다. 크기가 10인 뒤꿈치를 부착하였습니다. 뒤꿈치 장치는 지붕 조립품 평면에 15° 각도로 초기에 설정했습니다.
스프링을 늘리기 위해서는 25파운드(111.2N)의 하중이 필요했고, 발뒤꿈치를 회전시켜 분당 40인치(1,016.0mm)의 속도로 가해지는 200파운드(889.6N)의 하중이 궁극적으로 생성됩니다.
동적 충격 하중은 ASTM D 3746 “역청 루핑시스템의 충격 저항에 대한 표준 시험방법”에 따라 강철 추를 사용하여 수행했습니다. 이 테스트 절차는 5파운드(2.27kg)의 둥근 2인치(5.08cm) 강철추를 떨어뜨림으로 목표물에 충격이 가해졌습니다. 이 추는 53인치(135cm) 높이에서 떨어뜨려 22파운드(30J)의 충격 에너지를 발생시켰습니다.
생성된 운동 에너지는 2인치(5.08cm)의 우박으로 인한 충격과 동일합니다. ASTM D 3746은 Under-writers Laboratories Inc 및 FMRC에서 사용하는 테스트와 유사합니다. 이러한 절차의 장점은 상대적인 사용 용이성, 재현성 및 일관된 충격 에너지를 포함합니다.
연구에 따르면 2인치(5.08cm)강철 추 또는 2인치(5.08cm)의 우박이 떨어지는 충격은 얼음에 충돌하여 절연물에 유사한 톱니 모양이 생기는 것으로 나타났습니다.
동적 하중을 테스트하기 위해 많은 지붕 조립품이 준비되었습니다. 단열재와 지붕 조립체의 열저항 및 수직 인장강도 특성의 변화에 대한 증가분 측정이 기록되었습니다.