4.1 열전도율 (W/mK), 열관류율 (W/㎡K), 열 저항(R)
➀ 열전도율 (W/mK)
요약 : 시간 t동안 뜨거운 면에서 차가운 면으로 판을 통해 전달된 에너지를 Q라고 하면 단위시간당 전달되는 에너지를 열전도율 간단히 전도율이라고 한다.
위 정의를 간단히 식으로 나타내면 다음과 같다.
P = Q/t = kA(TH - TC)/L
여기서 P는 열전도율, TH는 고온의 열저장고의 온도, TC는 저온의 열저장고의 온도, A는 전달되는 판의 면적, Q는 열의 형태로 전달된 에너지, L은 전달되는 판의 두께, t는 열이 전달되는 시간, k는 열전도도이다.
전달되는 판의 면적이 넓고 고온의 열저장고의 온도와 저온의 열저장고의 온도차가 클수록 열전도율은 커진다. 반면 전달되는 판의 두께가 길수록 열전도율은 작아진다.
k는 열의 전달 정도를 나타내는 물질에 관한 상수이다. 보통 나무, 공기, 스티로폼 등은 열의 전도율이 낮기 때문에 열의 전도가 잘 되지 않는다. 반면 금속은 열의 전도율이 높아 열의 전도가 잘 된다.
위 식을 열전도도 k로 정리해 표현해보면 다음과 같다.
k = Q L/tA(TH - TC)
열전도도 k값이 큰 물질은 좋은 열 전도체이며, k값이 작은 물질은 좋은 열 절연체이다. 보통 금속은 k값이 높은 좋은 열 전도체이다. 반면 공기는 k값이 작아 좋은 열 절연체중 하나이다. 집의 창문을 보면 보통 2중창으로 되어있는데 이는 창문과 창문사이에 공기라는 열 절연체를 사용하기 위한 것이다.
[네이버 지식백과] 열전도율 [Thermal conductivity, 熱傳導率] (두산백과)
➁ 열관류율 (W/㎡K)
물체의 어떠한 한 부위를 통한 열의 이동과 전달은 복잡한 과정을 통해 이루어집니다. 여러 재료로 구성된 구조체를 통한 열전달 과정과 모든 요인들을 혼합하여 일정 장소에서 동일한 조건을 부여, 시험기를 통해 하나의 수치 값으로 나타낸 것을 열관류율 이라고 한다.
· 열관류율은 수치가 낮으면 낮을수록 단열효과가 좋다는 것이며, 이는 단열효율과 매우 밀접한 관계가 있음을 보여준다.
단위는 W/㎡k로 표면적이 1㎡인 구조체를 사이에 두고 온도 차가 1℃일 때 구조체를 통한 열류율을 와트로 측정한 것이다.
일반적으로 열관류율(W/㎡k) = 열전도율(W/mk) / 단열재의 두께(m)로 표시된다.
예를 들어, 0.52의 열관류율을 갖는 벽돌로 이루어진 두께 1m의 벽체와 ICF 37cm의 열관류율은 같다.
➂ 열저항(R)
열전달의 정도를 나타내는 비례 상수로, 열전달 저항 · 열전도 저항 · 열관류 저항 등의 총칭. 벽체 등에서는 통과 열류에 대하여 열저항은 직렬로 배열되어 있으므로 전체의 저항은 각각의 저항의 합으로서 작용한다.
4-2 열전도율, 열관류율, 열저항의 상관관계
➀ 열관류율 (W/㎡‧K) → 열전도율 (W/m‧K) / 단열재의 두께
➁ 열저항→ 벽체 구성 자재의 두께 / 열전도율 (W/m‧K)
즉, 열관류율과 열저항 모두 건축 자재의 열전도율의 값에 따라 그 성능이 달라진다고 볼 수 있다. 다음의 표는 각 자재의 열전도율을 보여준다.
4-3 ICF의 열전도율
① ICF(Insulation Concrete Forms)
➁ ICF(Insulation Concrete Forms) 2호 - 밀도에 따른 분류
‧ 시험기관 : 한국건설자재시험연구원
‧ 시험일자 : 2014.05.14
‧ 시험방식 : KS M 3808
‧ 열전도율 : 0.032(W/mK)
➂ ICF(Insulation Concrete Forms) 3호 - 밀도에 따른 분류
‧ 시험기관 : 한국건설자재시험연구원
‧ 시험일자 : 2014.05.14
‧ 시험방식 : KS M 3808
‧ 열전도율 : 0.032(W/mK)
➃ ICF(Insulation Concrete Forms) 4호 - 밀도에 따른 분류
‧ 시험기관 : 한국건설자재시험연구원
‧ 시험일자 : 2014.05.14
‧ 시험방식 : KS M 3808
‧ 열전도율 : 0.032(W/mK)
4-4 단열과 환경
지구 온난화의 주범인 이산화탄소는 1ℓ의 석유를 연소하면 약 2.7kg의 이산화탄소를 배출한다.
열관류율 1.0(W/㎡k)은 실내온도를 20℃로 유지하기 위해 벽체/㎡당 약 10ℓ의 석유가 필요하다는 것을 의미한다.
아래의 표는 벽체의 유형에 따른 열관류율 값을 나타내며,
이와 비례해서 소비되는 석유와 그에 따른 오염물질의 배출량을 보여준다.
4-5 습기가 단열에 미치는 영향
단열은 수분 없이 지속되는 것이 중요하다.
흡수성이 있는 건축자재는 수분을 흡수하게 되면 단열능력에서 이미 상당한 손실을 겪게 된다.아래 표는 습기를 흡수한 단열재의 단열 성능이 얼마나 저하되는지를 보여준다.
*참언 : ICF에 사용되는 폴리스티렌 발포체는 미세한 수분 흡수를 하지 않아, 자체적으로 받아들이는 수분량이 채 2%가 되지 않는다.이러한 이유로 ICF의 석고 마감과 벽지에서는 균열이나 습기의 흔적이 거의 발생하지 않는다.
4-6 단열과 에너지 비용
최소 단열 기준인 열관류율 0.5W/㎡K의 건축물 대비 열관류율 0.12W/㎡K의
건축물은 냉‧난방 비용을 약 1/5 정도 절약할 수 있다.
ICF(Insulation Concrete Forms)로 건축할 경우 최소한의 벽 두께로 최대의 단열 성능을 보다 쉽고 빠르게 확보할 수 있다.
4-7(1) 실제 시공 사례를 통한 에너지 소비 데이터
실제 ICF로 건축한 주택에서 지난 1년간의 가스요금과 전기요금 데이터를 수집하였다.각 주택에 따라 실내 설정 온도, 건축 방식, 거주 인원수 등의 차이로 인해 단순히 다른 주택과의 비교는 무리가 있다.
■ 가스요금 통지서(난방, 급탕 등)
‧ 1층 면 적 및 용 도 : 123.34㎡ - 37.61평 / 단독주택
‧ 요 금 통 지 서 발 행 처 : 주식회사 충남도시가스
‧ 조 회 기 간 : 2014.06 ~ 2015.06 (1년간)
‧ 최대 / 최저 사 용 월 차 : 2015.01월분 / 2014.10월분
‧ 최대 / 최저 사 용 요 금 : 128,100원 / 14,710원
‧ 평 균 도 시 가 스 요 금 : 12개월 총 금액 687,080원 ÷ 12개월 = 57,256원
‧ 거 주 인 원 : 4인 가족
■ 전기요금 통지서
‧ 1층 면 적 및 용 도 : 123.34㎡ - 37.61평 / 단독주택
‧ 건 축 특 이 사 항 : 태양열 설비
‧ 요 금 통 지 서 발 행 처 : 한국전력
‧ 조 회 기 간 : 2014.06 ~ 2015.05 (10개월분)
‧ 최대 / 최저 사 용 월 차 : 2014.12월분 / 2014.10월분
‧ 최대 / 최저 사 용 요 금 : 6,900원 / 35,710원
‧ 평 균 전 기 요 금 : 10개월 총 금액 172,570원 ÷ 10개월 = 17,257원
‧ 거 주 인 원 : 4인 가족
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