경량칸막이 복합벽체의 가열온도에 따른 전도 열전달 특성 연구 Study on the Characteristics of Conduction Heat Transfer According to the Heating Temperature of a Composite Wall in a Light-weight Partition원문보기
The paper reports the characteristics of conduction heat transfer to the backside part according to the heating temperature of a composite wall in a lightweight partition used for indoor space compartments. Stud partitions, SGP partitions, sandwich panels, urethane foam panels, and glass wool panels...
The paper reports the characteristics of conduction heat transfer to the backside part according to the heating temperature of a composite wall in a lightweight partition used for indoor space compartments. Stud partitions, SGP partitions, sandwich panels, urethane foam panels, and glass wool panels. which are generally used as light-weight partition walls, were selected as experiment samples, and the characteristics of conduction heat transfer to the backside part as the top surface were analyzed by applying heating temperatures of $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, and $500^{\circ}C$ to the bottom surface for 1800 s. According to the experimental results, the maximum backside temperatures at the maximum heating temperature of $500^{\circ}C$ was $51.6^{\circ}C$, $63.6^{\circ}C$, $317.2^{\circ}C$, $124.9^{\circ}C$, and $42.2^{\circ}C$ for the stud partition, SGP partition, sandwich panel, urethane foam panel, and glass wool panel, respectively. The maximum conduction heat- transfer rates at $500^{\circ}C$ were 17.16 W, 18.39 W, 136.65 W, 14.34 W, and 5.57 W for the stud partition, SGP partition, sandwich panel, urethane foam, and glass wool panel, respectively.
The paper reports the characteristics of conduction heat transfer to the backside part according to the heating temperature of a composite wall in a lightweight partition used for indoor space compartments. Stud partitions, SGP partitions, sandwich panels, urethane foam panels, and glass wool panels. which are generally used as light-weight partition walls, were selected as experiment samples, and the characteristics of conduction heat transfer to the backside part as the top surface were analyzed by applying heating temperatures of $200^{\circ}C$, $300^{\circ}C$, $400^{\circ}C$, and $500^{\circ}C$ to the bottom surface for 1800 s. According to the experimental results, the maximum backside temperatures at the maximum heating temperature of $500^{\circ}C$ was $51.6^{\circ}C$, $63.6^{\circ}C$, $317.2^{\circ}C$, $124.9^{\circ}C$, and $42.2^{\circ}C$ for the stud partition, SGP partition, sandwich panel, urethane foam panel, and glass wool panel, respectively. The maximum conduction heat- transfer rates at $500^{\circ}C$ were 17.16 W, 18.39 W, 136.65 W, 14.34 W, and 5.57 W for the stud partition, SGP partition, sandwich panel, urethane foam, and glass wool panel, respectively.
본 논문은 경량칸막이 복합벽체의 가열온도에 따른 이면부의 전도 열전달 특성에 관한 연구로써 다음과 같은 결론을 도출하였다.
제안 방법
따라서 본 논문에서는 경량칸막이 복합벽체의 가열온도에 따른 전도 열전달 특성을 분석하기 위해 경량칸막이 벽체로 주로 사용되는 복합재료로 구성된 스터드 칸막이,Steel Gypsum Panel (SGP) 칸막이, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 그라스울 패널을 실험시료로 선정하였다. 그 후 실험시료를 대상으로 전도가열판을 이용하여 가열온도 200 ℃, 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃에 1800 s 동안 노출시켜, 복합벽체 이면부의 온도변화 및 전도 열전달율을 측정하여 위험성을 분석하였다.
대상 데이터
Figure 2는 실험시료를 나타낸 것으로 경량칸막이 벽체로 주로 사용되는 복합재료로 구성된 스터드 칸막이, SGP칸막이, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 그라스울 패널을 실험시료로 선정하였다. 실험시료의 크기는 전도 열전달 특성을 파악하기 위해 전도가열판의 상부에 실험시료가 위치하여 직접적인 전도열인가 및 외부로의 열손실을 최대한 줄이기 위해 전도가열판의 사이즈를 고려하여, 가로 200mm, 세로 200 mm의 동일한 규격으로 제작하였다.
따라서 본 논문에서는 경량칸막이 복합벽체의 가열온도에 따른 전도 열전달 특성을 분석하기 위해 경량칸막이 벽체로 주로 사용되는 복합재료로 구성된 스터드 칸막이,Steel Gypsum Panel (SGP) 칸막이, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 그라스울 패널을 실험시료로 선정하였다. 그 후 실험시료를 대상으로 전도가열판을 이용하여 가열온도 200 ℃, 300 ℃, 400 ℃, 500 ℃에 1800 s 동안 노출시켜, 복합벽체 이면부의 온도변화 및 전도 열전달율을 측정하여 위험성을 분석하였다.
이론/모형
본 연구에서 복합벽체를 통한 전도 열전달율을 구하기 위한 중앙단면을 평면벽(Plane wall)으로 x값에만 의존하는 1차원 정상상태 열방정식을 이용하였다. 또한, 계산의 편의성 및 측정하지 못하는 불확실한 변수들을 배제하기 위해 벽체 내부의 자체 열 발생이 없고, 열전도율 일정(k = constant), 1차원 , 정상상태 로 가정하여 계산하면 식(2)과 같다.
성능/효과
1) 복합벽체 하단부의 가열온도에 따른 이면부로의 온도측정결과 가열온도가 증가함에 따라 초기 급격한 온도상승이 나타났지만, 시간이 지나면서 일정하게 유지하는 경향을 볼 수 있었다. 최대 가열온도인 500 ℃에서 이면부의 온도상승은 그라스울 패널이 최대 42.
2) 가열온도에 따른 복합벽체의 전도 열전달율 측정결과 가열온도가 증가할수록 복합벽체 이면부로의전도 열전달율이 높게 나타났으며, 두께가 감소할수록 전도 열전달율이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 시간이 경과될수록 수열부와 이면부의 온도차가 줄어들게 됨에 따라 전도 열전달율이 감소되는 것으로 나타났다.
후속연구
하지만 본 연구의 경우 실제 화재 시 화염 노출조건이 아닌 전도가열판을 이용하여 가열온도에 따른 복합벽체의 전도 열전달의 특성을 분석하였기 때문에 실제 화재 시와 차이가 나타날 수 있다. 이에 따라 본 연구를 기초로 향후 공간구획 내에서의 실화재 실험을 통해 경량칸막이 벽체를 통한 인접구획실로의 전도 열전달에 의한 화재위험성 실증연구가 추가적으로 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
경량칸막이 벽체는 무엇으로 시공되는가?
경량칸막이 벽체는 실내 공간구획을 목적으로 공사의 효율성 및 신속성, 편리성 등으로 사용량이 크게 증가되고 있는 추세이다. 비내력벽으로 시공되는 경량칸막이 벽체는 스터드 칸막이, SGP 칸막이, 샌드위치 패널, 우레탄폼 패널, 그라스울 패널 등 다양한 소재를 사용한 형태로 제작되고 있으며, 새로운 소재가 지속적으로 개발되고 있다(1). 이러한 경량칸막이 벽체의 경우 기존 내력벽보다 구조적인 강도가 약하고, 화재에 취약한 심재를 사용한 경우 화재위험성이 크게 증가될 수 있기 때문에 사용에 있어 주의가 필요하지만, 건축인허가 취득 후 임대 수익 및 공간 활용 등을 목적으로 경량칸막이를 이용한 불법적인 내부구조 변경이 발생하고 있다(2).
고실텔, 리빙텔 등이 화재위험성이 큰 이유는 무엇인가?
대표적인 예로 한 가구에 다 가구가 사는 주택밀집지역의 불법적인 방쪼개기, 벌집구조와 같이 불법개조를 통한 고실텔, 리빙텔 등을 운영하는 사례를 들 수 있다(3,4). 즉, 내력벽과 같이 두꺼운 벽체로 공간구획을 하는 것이 아니라 얇은 경량칸막이 벽체를 이용하여 시공하기 때문에 방화구획의 기본 개념이 무너질 경우 화재위험성이 크게 증가 할 수 있다. 특히, 경량칸막이 벽체 중 샌드위치 패널은 견고성, 단열성, 방수성, 방음성이 우수하고, 저가의 가격과 공사 기간의 단축 등 간편한 공법이 적용되어 가장 많이 쓰이는 자재이지만, 하중에 취약해서 연소 시붕괴 위험이 크며, 화재에 노출되면 연소 속도가 빠르고 소화가 어렵다는 단점이 있다.
푸리에 법칙은 무엇인가?
푸리에 법칙에 따르면 두 물체 사이의 단위시간에 전도되는 열량은 두 물체의 온도차(∆T)와 접촉된 단면적(A)에 비례하고 거리(L) 반비례하게 된다. 복합벽체에서의 열전달 방정식을 구하기 위해서 열회로를 이용하였고, 복합벽체의 경우 각 재료의 열저항 계수를 구해야 하므로 열저항은 식(5)과 같다.
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