서론
발포 폴리프로필렌이나 암면과 같은 전통적인 단열재는 일반적으로 패널 형태로 시판됩니다. 그러나 바닥과 지붕용 분사식 및 흩뿌리기식 단열재도 널리 사용되고 있습니다.
한 가지 예로, 역청 처리된 대마 껍질로 만든 단열 및 평탄화 충진재가 있습니다. 기계적 및 가공상의 이점 외에도, 재료의 열물리적 특성은 그 성능에 결정적인 역할을 합니다. 열전도율은 단열재를 통해 열이 얼마나 효과적으로 전달되거나 단열재에 의해 유지되는지를 결정하며, 이는 에너지 효율과 주거 쾌적성에 중요합니다. 또한, 비열용량은 재료가 시간이 지남에 따라 얼마나 많은 열을 저장하고 방출할 수 있는지를 나타냅니다. 따라서 이러한 특성을 정확히 이해하는 것은 바닥 구조를 최적으로 설계하고 건축 물리학적 요구 사항을 확실하게 충족하는 데 필수적입니다.
방법
많은 측정 시스템은 열전도도나 비열용량과 같은 벌크 물질의 열물리적 특성을 규명하는 데 어려움을 겪습니다. 한 가지 난제는 물질의 형태이며, 또 다른 난제는 물질의 상대적으로 높은 비균질성입니다.
단열재의 열전도율은 HFM(열유량계) 방법을 사용하여 빠르고 정확하게 측정할 수 있습니다. 이 방법에서는 일반적으로 고체 상태의 시료를 각각 특정 온도로 유지되는 가열판과 냉각판 사이에 배치합니다. 발생하는 열유량은 열유량 센서를 사용하여 측정됩니다. 시편의 두께와 사전에 결정된 보정 계수를 바탕으로, 다양한 온도 지점에서 시편의 열전도도를 산출합니다. 그림 1은 열전도도를 포함한 전형적인 온도 분포를 보여줍니다.
패널 형태의 단열재와 마찬가지로, 흩어진 형태의 벌크 단열재는 얇은 받침대가 있는 프레임 내에서 측정됩니다. 이 받침대는 매우 얇아서 그 열 저항은 무시할 수 있을 정도입니다. 프레임은 측정 영역 밖에 위치하여 측정에 영향을 미치지 않도록 합니다.
비열용량을 측정하는 데는 DSC(차동 주사 열량법)가 가장 일반적으로 사용됩니다. 그러나 단열재의 경우 시료 크기가 비교적 작으며 small, 지름은 약 4mm, 두께는 1mm에 불과합니다. 또한 정밀한 측정을 위해서는 높은 초기 중량과 시료와 도가니 간의 양호한 접촉이 필요합니다. 이러한 세 가지 요인으로 인해 DSC 방법을 사용하여 흩어진 형태의 단열재의 비열용량을 측정하는 것은 비실용적이고 어렵습니다. HFM은 이러한 유형의 시료에 적합한 해결책을 제공합니다. HFM은 large 한 부피(예: 수 리터)를 분석할 수 있습니다. 이로 인해 측정 결과가 더 대표성을 갖게 됩니다. 또한, HFM 방식은 정상태 측정법입니다. 비열용량을 측정할 때, 플레이트와 시료 간의 접촉은 DSC 측정 시보다 덜 중요합니다. 비열용량(비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp )을 측정하기 위해, 열유량이 0이 될 때까지 양쪽 플레이트를 동일한 온도(ΔT=0)로 유지합니다. 그런 다음, 예를 들어 두 플레이트 모두에 10 K의 온도 상승을 가하고, 열유량이 다시 0이 될 때까지 시스템이 최종 온도에 도달하도록 합니다. 온도 변화 시 추가되는 열량을 이용하여 시료의 비열용량을 측정할 수 있습니다. 그림 2는 이 측정법의 온도 프로파일을 보여줍니다. 여기서Qupper는 상부 판의 센서를 통과하는 열유속,Qlower는 하부 판의 센서를 통과하는 열유속,Qtotal은 두 센서의 열유속 합계입니다.Qtotal 아래의 면적을 이용하여 비열용량을 계산합니다.
실험적
HFM 측정에 사용되는 단열재는 대개 패널 형태로 공급됩니다. 그러나 이러한 단열재는 본 연구에서 검토한 역청 처리된 대마 껍질 기반 단열재와 같이(그림 3 참조), 벌크 재료 형태로도 흔히 구할 수 있습니다.
또한 이러한 재료의 열전도율과 비열용량도 측정할 수 있습니다. 열전도율을 측정하기 위해, 재료 덩어리를 프레임에 넣습니다. 이 프레임은 측정 영역 밖에 위치하므로 측정 시에는 무시해도 무방합니다.
또한, 정의된 형상을 바탕으로 밀도도 측정할 수 있습니다. 물질의 밀도나 다짐도는 열전도율에 상당한 영향을 미치며, 일반적으로 단열재의 경우 비교를 위해 결과와 함께 항상 기록해야 합니다. 그러나 비열용량의 경우, 단계별 측정 과정에서 프레임의 질량도 가열되기 때문에 프레임의 질량이 측정 결과에 무시할 수 없는 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 이유로, 벌크 시료는 매우 얇은 비닐 봉지에 넣어집니다. 비닐 봉지의 질량은 시료의 질량보다 몇 배나 작으므로 무시할 수 있습니다. 그 외의 측정 조건은 표 1에 요약되어 있습니다.
표 1: 비트화 처리된 대마 껍질의 단열 충전재에 대한 열전도율 및 비열용량 측정 조건
| 열전도도 | 비열 | |
| 보조 장비 | 프레임 | 비닐봉지 |
| 측정 시 밀도 | ~ 178 kg/m³ | k.A. |
| 시료 투입량 | ~ 693 g | ~ 693 g |
| 온도 프로그램 | 20°C + 35°C, ΔT = 20 K | 20°C + 35°C, ΔT = 15 K |
결과
그림 4에 나타난 바와 같이, 이 결과는 벌크 재료로 사용된 아스팔트 처리 대마 껍질의 열전도율과 비열용량을 보여준다. 아스팔트 처리 대마 껍질 단열 충전재의 열전도율은 온도가 상승함에 따라 약간 증가하는데, 이는 단열재의 전형적인 온도 거동과 일치한다. 비열용량은 두 번의 반복 측정(시험 1 및 시험 2) 모두에서 일관되게 약 1,500~1,630 J/(g·K) 범위에 속하며, 온도가 상승함에 따라 소폭 증가하는 경향을 보입니다. 이 재료들에 대해 산출된 값들은 바이오 기반 아스팔트 처리 헐거운 충전 단열재의 전형적이고 예상되는 범위에 속한다. 전반적으로, 이 측정 결과는 천연 섬유 헐거운 충전 단열재의 전형적인 중간 수준의 열전도율과 우수한 열저장 능력을 모두 확인시켜 준다.
요약
이번 측정 결과를 통해 HFM 706 Lambda Medium 이 방법은 역청 처리된 대마 짚과 같이 측정하기 어려운 단열재의 열물리적 특성을 정밀하고 실용적으로 측정할 수 있게 해준다는 점을 입증하고 있다. DSC( small ) 방법은 시료 크기가 불균질한 벌크 재료에 적합하지 않은 반면, HFM( large )은 시료 부피가 로, 비열용량을 대표적이고 재현성 있게 측정할 수 있게 해줍니다. 이 정상태 측정법은 열전도도 (0.0547~0.0584 W/(m·K)) 및 비열용량(1,500~1,630 J/(g·K))에 대해 일관된 결과를 제공하며, 이는 바이오 기반 단열재에서 예상되는 값과 잘 일치합니다. 따라서 HFM 706은 특히 벌크 재료의 경우, 건축 물리학에 관련된 매개변수를 신뢰성 있게 결정하기 위한 기존 시험 방법에 대한 신뢰할 수 있는 대안임이 입증됩니다.