[논문]열적외선 장비를 활용한 타일박리 조사에 관한 연구

오광진; 최재호

문제 정의

본 연구에서는 건물의 외벽타일의 결함조사시 정도를 향상하기 위한 기초시험으로 타일박리시험체 를 대상으로 일사방향, 촬영시간대별, 촬영각도별, 촬영거리별, 타일종류별 타일박리 검출한계를 검토 하였다. 일사를 받는 방향에서는 박리깊이 20mm 까지 검출이 가능한 반면, 일사를 받지 않는 곳에서 는 검출이 다소 어려웠다.
본 연구에서는 건축물 외벽타일이 본구체와 접착이 불량한 경우를 열적외선장비로 검출할 수 있는 한계를 평가하기 위하여 인위적으로 타일과 접착모르타르와의 사이에 공동을 깊이별로 제작하고, 이를 일사의 영향을 고려하여 일사방향, 시간대, 각도, 거리를 인자로 촬영하고, 획득된 자료를 비교분석하였다.

제안 방법

열온도의 측정거리별 영향을 평가하기 위하여 대상면에서 3m, 5m, 10m 떨어져 촬영을 실시하였으며, 결과는<표 1>에 나타낸 바와 같다. 거리별 평가를 위하여 타일의 윗줄 최좌측(1번)과 최우측 타일 (6번)의 온도를 각각 평균하여 비교분석하였다.
시험체가 위치한 방향에 따른 시험체의 열변화를 평가하기 위하여 시험체의 정면이 남쪽과 북 쪽을 향하도록 설치하고 촬영하였다. 또한 시험체가 받는 일사량에 따른 영향을 평가하기 위하여 06시, 09시, 12시, 14시, 16시, 18시, 21 시 24시 에 각각 촬영하였다.
바탕콘크리트 구체(115x63cm)를 제작하고, 인위적 공동을 타일 밑의 깊이 5, 10, 15, 20, 25mm에 스티로폼을 이용하여과 같이 설치한 후, 모르타르를 채운 후 표면에 2종류의 타일을 부 착하였다.
시험체가 위치한 방향에 따른 시험체의 열변화를 평가하기 위하여 시험체의 정면이 남쪽과 북 쪽을 향하도록 설치하고 촬영하였다. 또한 시험체가 받는 일사량에 따른 영향을 평가하기 위하여 06시, 09시, 12시, 14시, 16시, 18시, 21 시 24시 에 각각 촬영하였다.
시험체를 대상으로 열적외선 촬영 거리의 영향을 평가하기 위하여 대상면에서 3m, 5m, 10m 떨어진 위치에서 촬영하였으며, 각도의 영향을 평가하기 위하여 정면인 경우를 0°로 하여 15°, 30°, 45°, 60°로 각각 촬영하였다.
열온도의 측정거리별 영향을 평가하기 위하여 대상면에서 3m, 5m, 10m 떨어져 촬영을 실시하였으며, 결과는에 나타낸 바와 같다.
열적외선 촬영은 시험체의 설치방향별, 일사량을 고려한 시간대별, 시험체 대상 각도별, 대상면 종 류별로 실시하였다. 촬영당시의 일기는 맑았으며, 기온은 대체적으로 15~27℃의 분포를 나타내었다.
촬영각도별 온도변화를 확인하기 위하여 정면, 15°, 30°, 45°, 60° 각도로 각각 촬영하였으며, 이를 평 가하기 위하여 윗줄타일의 최좌측(1번)과 최우측 타일(6번)을 대상으로 '각각 평균온도를 기준값으로 비교하였다. 다음<표 2>은 촬영각도별 온도의 변화를 나타낸 것이다.
타일의 표면색에 대한 영향을 평가하기 위하여 청색과 백색계통의 타일을 대상으로 열영상을 촬영을 실시하였다. 이를 분석하여 보면 일사를 받고 있는 시간대에는 청색타일이 백색타일보다 높은 온도차이를 보이고 있어, 타일면 색상이 반사 및 방사와 상관성이 있는 것으로 평가되었다.

대상 데이터

시험체 표면은 모르타르와 색상이 다른 2종류의 타일을 부착한 경우를 대상으로 촬영 하였다.

성능/효과

이를 분석하면 기준면과 온도차가 5% 이상 발생될 때 결함으로 인정하면 9~14 시에 촬영한 경우는 공동이 타일 밑 20mm에 위치한 경우까지, 18시 경우 15mm까지, 24시 경우 10mm까지 탐사가 각각 가능한 것으로 나타났다. 또한 공동이 타일과 가까운 경우가 깊은 경우에 비해 시간대별 온도차이가 현저한 것으로 나타나 표면에 결함이 가까울수록 결함탐사에 유리한 것으로 평가되었다. 모르타르의 경우도 타일의 경우와 유사한 경향을 나타내었다.
일사를 받는 남쪽의 경우 촬영한 영상의 일례는<사진 1>과 같고, 이를 분석한 결과는<표 1>에 나타낸 '바와 같다. 이를 분석하면 기준면과 온도차가 5% 이상 발생될 때 결함으로 인정하면 9~14 시에 촬영한 경우는 공동이 타일 밑 20mm에 위치한 경우까지, 18시 경우 15mm까지, 24시 경우 10mm까지 탐사가 각각 가능한 것으로 나타났다. 또한 공동이 타일과 가까운 경우가 깊은 경우에 비해 시간대별 온도차이가 현저한 것으로 나타나 표면에 결함이 가까울수록 결함탐사에 유리한 것으로 평가되었다.
이를 분석하여 보면 3m 떨어져 촬영한 온도를 기준으로 촬영거리 5m인 경우는 약 1%, 10m인 경우는 약 2%정도의 온도차이를 나타내어 촬영거리가 측정온도에 영향을 미치고 있는 것으로 평가되었다.
타일의 표면색에 대한 영향을 평가하기 위하여 청색과 백색계통의 타일을 대상으로 열영상을 촬영을 실시하였다. 이를 분석하여 보면 일사를 받고 있는 시간대에는 청색타일이 백색타일보다 높은 온도차이를 보이고 있어, 타일면 색상이 반사 및 방사와 상관성이 있는 것으로 평가되었다.
일사를 받는 방향에서는 박리깊이 20mm 까지 검출이 가능한 반면, 일사를 받지 않는 곳에서 는 검출이 다소 어려웠다. 한편 타일의 색이 어두운 경우가 밝은 경우보다 검출하기 용이한 것으로 나타났고, 수평촬영각도 45°를 초과하면 획득자료에 신뢰성이 저하되는 것으로 나타났으며, 촬영거리 10m이상에서 약2%정도의 영향이 반영되는 것으로 평가되었다.

후속연구

이를 분석하여 보면, 정면에서 15° 및 30°의 각도로 촬영한 경우는 정면을 촬영한 결과와 동일하였으 나, 45° 촬영한 경우 1%, 60° 촬영한 경우는 4~6%의 오차를 보이고 있어 향후 현장에서 열적외선카 메라에 의한 결함조사시 가능한 한 수평각 45° 이내로 제한해야 할 것으로 사료된다.
향후 써모그라피법의 신뢰성을 높이기 위해서는 다양한 조건을 고려한 시험과 이를 분석하는 분석기 술이 뒷따라야 할 것으로 판단된다.

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