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문제 정의
- 본 논문에서는 TCi와 기존의 국내 열전도율 측정규준에 있는 HFM을 가지고 여러 가지 건축 재료의 열전도율을 측정함으로써 측정값들 간의 상관관계를 분석한다.
제안 방법
- 이번 실험에서 사용한 측정 장치는 이중에서 HFM 436/3/1으로서 각 재료의 시편의 크기는 300 mm × 300 mm으로 제작하여 실험을 하였다. 실험 방법은 ① HFM 측정 장치의 입구를 열어 재료를 넣을 수 있도록 고열원과 저열원 사이의 높이를 조절한다. ② 고열원과 저열원 사이에 재료를 넣고 두께가 조절이 안될 때까지 줄여주고 입구를 닫는다.
- 측정 결과 값에 대해서 재료의 사용 장소에 따라 목질 마루 바닥재(강화 마루, 원목 마루, 합판마루)와 벽체용 재료(일방ㆍ방수ㆍ방화 석고보드, 압출 스티로폼, 스티로폼, 미네랄울, 그라스울)로 나누어 분석을 했다.
대상 데이터
- 실험에는 총 10가지의 재료가 사용되었고 사용 장소에 따라 벽체용 재료와 목질 마루 바닥재로 나누었다. 벽체용 재료는 압출 스티로폼, 스티로폼, 그라스울, 미네랄울, 일반 석고보드, 방수 석고 보드, 방화 석고보드가 사용되었고 목질 마루 바닥재는 강화마루, 원목마루, 합판마루가 사용되었다.
- 또한 TCi는 열전도를 측정함에 있어 한쪽 면만 있어도 된다. 시스템은 전체적으로 한쪽 면에만 있는 sensor, controller electronics와 computer software로 구성되어있다. 센서 중앙에는 나선형으로 둘러싸인 가열원이 있고 그 중앙에서 열이 발생한다.
- 실험에 사용된 마루의 크기는 300 mm × 300 mm, 두께는 8.241 mm이다(Table 1).
- 실험에 사용된 마루의 크기는 300 mm × 300 mm, 두께는 9.530 mm이다(Table 1).
- 실험에 사용된 방화 석고보드의 크기는 300 mm × 300 mm, 두께는 12.5 mm이다(Table 1).
- 실험에 사용된 일반 석고보드의 크기는 300 mm × 300 mm이다(Table 1).
- 실험에 사용된 합판마루의 크기는 300 mm × 300 mm, 두께는 7.943 mm이다(Table 1).
- 실험에는 총 10가지의 재료가 사용되었고 사용 장소에 따라 벽체용 재료와 목질 마루 바닥재로 나누었다. 벽체용 재료는 압출 스티로폼, 스티로폼, 그라스울, 미네랄울, 일반 석고보드, 방수 석고 보드, 방화 석고보드가 사용되었고 목질 마루 바닥재는 강화마루, 원목마루, 합판마루가 사용되었다.
- 이번 실험에서 사용한 측정 장치는 이중에서 HFM 436/3/1으로서 각 재료의 시편의 크기는 300 mm × 300 mm으로 제작하여 실험을 하였다.
데이터처리
- 건축 재료의 대표적인 열전도 측정방법인 HFM 436과 새로운 측정 방법인 TCi의 상관성을 분석하기 위해 10가지의 건축 재료를 선정하여 재료의 사용 장소에 따라 2가지의 그룹으로 분리하여 변수사이의 상관성을 분석하는 상관관계 분석방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과 목질 마루 바닥재는 상관계수(R2)이 0.
이론/모형
- 현재 열전도율을 측정하는 국내 규준으로는 정상상태 측정법과 비정상 열선법과 레이저 플래시법이 있다. 각각의 측정법에 맞는 측정 장비를 가지고 열전도율을 측정할 수 있는데 정상상태 측정법은 평판 열류계법으로 측정하는 장치인 HFM (Heat Flow Meter 436)을 사용한다. 또한 작은 크기의 재료를 이용하여 빠르게 열전도율을 측정할 수 있는 MTPS법을 이용한 TCi라는 열전도율 측정방법이 있다.
- 열전도율을 측정하는 방법 중에 정상상태 측정법의 평판열류계법은 ‘KS L 9016 보온재의 열전도율 측정 방법’에 규정되어 있고 NETZSCH에서 개발한 Heat Flow Meter 436 (HFM 436)라는 측정 장치를 이용하여 간단하게 열전도율을 측정할 수 있다.
성능/효과
- 05 W/mK 이하의 낮은 열전도율을 값이 측정되었고 석고보드는 단열재에 비해서 높은 열전도율 값이 나타났다. 그 결과 HFM 436에서 석고보드는 단열재에 비해 2배에서 5배 정도 높은 열전도율 값이 측정되었고 TCi에서도 2배에서 4배 정도 높은 열전도율이 측정되었다. 이러한 비슷한 증가 추세로 보아 벽체용 재료에서도 두 측정 장치 사이의 상관성이 있음을 확인할 수 있었다.
- 건축 재료의 대표적인 열전도 측정방법인 HFM 436과 새로운 측정 방법인 TCi의 상관성을 분석하기 위해 10가지의 건축 재료를 선정하여 재료의 사용 장소에 따라 2가지의 그룹으로 분리하여 변수사이의 상관성을 분석하는 상관관계 분석방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과 목질 마루 바닥재는 상관계수(R2)이 0.948, 벽체용 재료는 상관계수(R2)이 0.938이 나와 대체적으로 높은 상관계수(R2) 값을 얻을 수 있었다. 따라서 국내 열전도율 측정 규준에 따라 측정한 값과 TCi로 측정한 값이 유사성이 높음을 알 수 있다.
- 벽체용 재료는 단열재 종류와 석고보드 종류로 크게 두 가지로 분류되었다. 단열재 4종은 HFM 436과 TCi 두 측정 장치에서 대체적으로 0.05 W/mK 이하의 낮은 열전도율을 값이 측정되었고 석고보드는 단열재에 비해서 높은 열전도율 값이 나타났다. 그 결과 HFM 436에서 석고보드는 단열재에 비해 2배에서 5배 정도 높은 열전도율 값이 측정되었고 TCi에서도 2배에서 4배 정도 높은 열전도율이 측정되었다.
- 두 측정 장치에서 열전도율 값은 각 5회 측정의 평균값을 사용하였고 표준편차가 매우 작은 것으로 보아 한 번의 측정으로 매우 정확한 측정값을 얻을 수 있다고 생각된다.
- 9 이상이 나오면 두 변수 사이의 상관성이 매우 높다고 할 수 있다. 분석 결과 벽체용 재료의 열전도율에 대한 상관계수(R2) 값은 0.948이었고 마루 바닥재의 열전도율에 상관계수(R2) 값은 0.938이었다. 두 분류에 대해서 상관계수(R2) 값이 0.
- 0799 W/mK) 순으로 두 측정 장치는 목질 마루 바닥재의 열전도율 증가 순서가 같았다. 이러한 결과 값은 강화 마루의 경우 평균 밀도가 높아 열을 더 많이 전달하므로 상대적으로 높은 열전도율이 나왔다고 생각되고 각 재료별 열전도율 증가 순서도 같은 것으로 보아 목질 마루 바닥재에서 두 측정 장치 사이의 상관성이 있음을 확인할 수 있다.
후속연구
- 그리고 정확한 열전도율 측정은 에너지 절약에 기초적인 요소라고 할 수 있겠다. 따라서 TCi를 사용하여 정확한 열전도율을 빠르게 측정함으로써 건축물 에너지 소비 저감에 기여할 수 있을 것이라고 본다.
- 아주 작은 크기의 재료를 갖고 열전도율을 측정할 수 있고 다른 측정 장치들과는 달리 고체, 액체, 가루뿐만 아니라 반죽상태의 재료까지도 열전도율을 측정할 수 있다. 이렇게 여러 가지 상태의 재료를 측정할 수 있는 TCi는 실제로 많은 연구나 실험에서 더욱 더 빠르고 정확한 결과를 낼 수 있는 측정 장치로 사용되어질 수 있을 것이다. 또한 TCi는 열전도를 측정함에 있어 한쪽 면만 있어도 된다.
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