- 열반사단열재에 대한 종합 검토
추운 기후 조건에서 열반사단열의 중요성을 조사한 가장 관련성이 높은 이전의 연구는 알래스카 페어 뱅크와 알래스카 교통부 및 공용시설에서 “보호된 핫 박스(guarded hot box)”로 알려진 건물 밀폐 테스트 장치를 사용하여 진행한 연구입니다.
스터드 공간에 10cm의 단열재와 약 4cm 공극이 있는 공칭 2*6 프레임의 벽을 비교할 때, 열반사단열재를 포함하는 벽면은 밀폐된 공기 공간(공극)을 향한 호일에 직면한 칸막이는 동일한 공극이 있지만 방사장벽이 없는 벽면과 비교할 때 전체 열 저항의 약 10~20% 증가했습니다. 이 연구에서 추운 기후에 비교적 적은 양이지만 스터드에 가득찬 단열재는 대략 R-15hr·ft2·℉/BTU로 이러한 결과를 예상할 수 있었습니다.
주어진 시스템을 통한 열 유속은 복사 성분의 역할이 더 중요할수록, 반사단열이 열 유속을 줄이는 데 효과적일 것입니다. 따라서 건물 외피 구성요소가 보다 많이 단열된 경우, 잘 단열된 조립품 내의 공기 공간을 가로 지르는 온도 차이가 작기 때문에 열손실을 줄이기 위한 반사 단열의 잠재성은 낮습니다.
따라서 단열을 우수하게 설치한 벽과 천장에 열반사단열재를 추가하면 열 저항은 거의 개선되지 않을 것으로 예상됩니다. 반대로, 창문과 같은 전체적으로 단열성이 낮은 건물 외장의 구성 요소는 창유리들 사이에 비교적 높은 온도 차이를 가질 수 있으며, 반사 표면(“low-e” 코팅)이 포함될 경우 상당한 이점이 있습니다. 보고서에 따르면 부분적으로 단열된 벽 조립의 경우 열저항의 이득과 비교할 때, 이 상대적 이익은 상당합니다.
추운 기후에서 복사 장벽의 중요성을 요약하면, 건축을 위해 선택된 건설 방법이 열반사단열재를 설치할 수 있는 공간을 제공하는 경우 복사 장벽을 고려해야 한다는 결론을 지었지만, 공극을 만들기 위해서 종래의 단열재를 줄일 필요는 없습니다. 이 권장 사항에 대한 주의 사항은 대부분의 반사 표면이 수증기에 매우 높게 불 투과성이며, 그래서 그들은 강력하게 수증기를 억제하는 설비를 건물 조립체에 추가하는 것과 동등한 것으로 간주되어야 합니다.
다른 보고서에서 Goss and Miller(1989)는 잘 정립된 열반사단열재의 몇 가지 기본적인 특성을 요약했습니다.
① 공간에서 따뜻하거나 차가운 쪽에 열반사단열재 면을 배치해고 열전달율은 변하지 않습니다.
② 열반사단열재 내에서 표면의 방출은 복사 열전달을 결정하는 데 중요하지만, 대류 또는 전도성 열전달은 변하지 않습니다.
③ 공간의 폭과 그 사이의 온도 차이는 열반사단열재의 열저항을 결정하는 데 중요한 요소입니다.
마지막 내용에 적용되는 중요한 세부 사항은 둘러싸인 공간의 폭이 대류 열전달 속도를 변화시키지만, 평행면 사이의 이격거리에 크게 영향을 받지 않는 복사열 전달 속도는 변하지 않는다는 것입니다.
공간 내에서의 대류로 인한 공간을 가로지르는 열 흐름의 방향은 열반사단열재의 열 저항에 크게 영향을 줍니다. 예를 들어, 아래쪽으로 열 흐름을 갖는 시스템이 부력의 차이로 인해 상대적으로 안정된 공기층화를 만들기 때문에, 아래쪽 열 흐름을 갖는 공기 공간의 열 저항은 열이 위쪽으로 흐르는 동일한 공기 공간보다 여러 배가 될 수 있습니다. 벽이나 창문과 같이 공기 틈에 수직인 열 흐름은 이러한 극단적인 현상의 중간입니다.
아래 [그림7]은 세 가지 열 흐름 패턴에 대한 공기 공간의 열저항 값에 대한 측정값을 제공합니다. 이러한 열 저항 값의 맥락에서 보면, 공기 공간이 일반적인 단열재(유리섬유 또는 셀룰로오스)로 채워진 경우보다 실질적으로 낮습니다.
[그림7] 측정된 반사 단열 열 저항 값은 열 흐름 방향을 기반으로 합니다.
열반사단열재 외장재가 있는 공기 공간의 열 저항 값은 방향에 따라 다르며, 아래쪽 열 흐름 방향에서 가장 높은 열 저항 값을 갖습니다.
이론적인 계산 방법은 하나 또는 그 이상의 낮은 방사 표면을 가진 공기 공간의 열 저항을 과대평가하는 경향이 있기 때문에, 열반사단열재의 특성을 정확하게 측정하려면 열 저항의 측정값이 중요하다는 점을 유의해야 합니다. 또한 틈새가 낮은 방사 표면의 연속성을 발해할 때 열반사단열재의 단열 성능은 현저하게 떨어집니다. 측정된 성능과 계산된 이론적인 성능의 차이로 인해, 열반사단열재의 성능을 계산하기 위해 널리 사용되는 방법을 사용하면 열 성능을 약 90~300% 과대평가할 수 있다는 여러 연구가 있습니다.
Goss and Miller(1989)는 열반사단열재의 열 저항을 정량화하는 데 사용되는 측정 방법을 요약했습니다. 그들은 열전도도 분석기가 실제 시스템과 비교하여 분석된 샘플의 가장자리 효과와 가로와 세로의 비율(종횡비) 차이 때문에 열반사단열재 열저항을 완전히 특성 지을 수 없다고 지적했습니다. 바람직한 방법은 교정 또는 보호된 핫 박스(guarded hot box)를 포함합니다.
Desjarais and Tye(1990)는 단열 성능을 측정하는 가장 좋은 방법은 고려중인 구조 프레임에서 열반사단열재를 설치하는 것이며, 교정 또는 보호된 핫 박스(guarded hot box) 방법을 사용하여 시스템의 열저항값을 측정하고, 그런 다음 ASHRAE에서 개발한 계산 방법으로 구조 프레임의 기여도를 빼는 것입니다. 그러나 이러한 노력은 열 흐름의 방향이 열반사단열재 성능에 크게 영향을 미치기 때문에 더욱 복잡하고 재현성 있는 결과를 얻는 것이 종종 어렵습니다.
열반사단열재 성능에 대한 또 다른 고려 사항은 열 반사 표면이 초기 특성을 유지할 수 있는 능력입니다. 알루미늄 호일의 초기 표면 산화는 빠르며 설치 후 먼지 및 기타 오염 물질의 축적은 반사 표면의 방사를 증가시켜 성능을 저하시킬 수 있습니다. 열반사단열재 성능에 미치는 영향을 파악하기 위해 수평 알루미늄 호일 면에 먼지가 축적되는 것을 모의실험을 실험실에서 실시하였습니다. 그들은 먼지의 유형에 따라 0.05미만의 초기 값에서 0.67~0.85 범위의 점근선까지 먼지가 축적됨에 따라 알루미늄 호일 면의 방사가 현저히 증가한다는 것을 발견했습니다.