에너지/열교해석관련 질문

열류측정기를 통한 열관류율 산정 관련 질문

G 에너지 18 4,578 2017.05.20 16:48
안녕하세요,
열류측정기를 사용하여 벽체의 열관류율 산정하는 과정에서 질문사항이 있어 글 남깁니다

실험에 사용한 제품은 Kyoto elec.의 HFM-215 Heat Flow Meter 입니다
홈페이지상에서 설명하고 있는 작동원리는

 Q=λ/d * ΔT
  Q(W/㎡) : 열류(Heat Flow)
  λ(W/mK) : 열전도율(Thermal Conductivity)
  d(M) : 두께
  ΔT : 실내외 온도차

입니다.

실제 벽체에 Interval 1초 간격으로 20분동안 테스트하여 1200개의 데이터를 확보하였습니다.
평균값을 내어보니 열류값 = 0.212mV,  ΔT = 2.23 이 나왔고 벽두께 d = 0.36 입니다.

질문1.
 실험장비 디스플레이상에는 Q의 단위가 W/㎡으로 열류값을 나타내는데, 엑셀로 데이터를 가져오면 단위가 mV로 표기됩니다. 단위가 상이하여 이 값을 동일하다고 볼 수 있는지 질문드립니다

질문2.
 위의 단위가 동일하다는 가정하에 열전도율 람다 값을 계산해보면 0.0341(W/mK)가 나오고 열관류율값은 0.0946(W/㎡K)이 나옵니다. 벽체 형별성능으로 유추한 값보다 열관류율이 더 좋게 나오는 것을 보니, 역산과정(단위변환에서..)에 오류가 있는 것 같습니다

질문3.
 혹시, 실제 벽체의 열관류율을 측정하기 위한 사례나 샘플이 있는지 궁금합니다

 감사합니다~

Comments

M 관리자 2017.05.20 18:58
외기온도가 어느정도 일 때 측정했던 값인가요?
2 TBBlock 2017.05.21 10:16
안녕하세요..

제가 알고 있는 범위에서 알려드리자면..

질문1
 -> 장비에 측정된 결과값으로 보시면 되십니다.

질문2
 -> 열전도율이 0.0341 W/mK 이고 두께가 0.36 m 이니까 열관류율은 0.094 W/m2K 입니다.
    계산 결과가 맞습니다.
    예상결과보다 더 좋게 나왔다고 하시는 걸 보면
    표면열전달 저항값을 고려하지 않으셨거나 장비의 측정값이 신뢰성이 낮을 수 있습니다.

질문3
  -> 공인시험기관에서는 2 M x 2 M 크기의 실물 시편으로 열관유율 시험을 실시합니다.
   
추가로 알려주신 장비는 간이측정장비입니다.
보통은 실물평가에는 아래 링크된 장비들이 사용됩니다.

http://3sref.com/modules/catalogue/cg_view.html?cc=1110&p=1&no=9
http://blog.naver.com/technox1/220255946144

heat box 를 이용한 측정방법이 신뢰성이 더 높습니다.

참고하세요...
G 에너지 2017.05.22 11:07
To. 관리자
 - 외기온도의 평균은 23.9℃였고 내기온도의 평균은 21.7℃입니다
 - 첨부된 이미지 파일에서 CH01은 열류값, CH02는 내기온도, CH03은 외기온도 입니다

To. TBBlock
 - 먼저 상세한 답변에 감사드립니다.
 - 측정장비로 사용한 HFM-215 장비는 실험실환경의 실측장비가 이나라 실제 건물 벽의 열관류율을 측정하기 위해 구비하였습니다.
 - 건축도면상의 재료별 형별성능을 확인하였을때 외부열전달저항-외장티일-모르타르-1.0B시멘트 벽돌-공간쌓기 190-우레탄폼60MM-0.5B 시멘트벽돌 - 시멜트 모르타르위 인코트 - 내부 열전달 저항 으로 확인하였을떄 적용 열관류율이 0.177W/㎡K 로 나왔습니다.
 - 실측한 건물은 업무용 빌딩으로 내구연한이 30년이 넘어서, 위의 형별성능이 중부지방 기준값인 0.26W/㎡K보다 좋게 나왔으며, 실측을 통해서 값의 변화를 보려 했습니다
 - 장비 모니터 상에는 CH01 열류값이 2~3W/㎡으로 표기되나, 엑셀로 데이터를 가져와보면 아래 첨부파일과 같이 CH01의 열류값의 단위가 mV로 표기되어, 이를 동일한 값으로 볼 수 있는지, 단위 변환을 해야하는지 질문드렸습니다

현장실측 및 실험방법을 공부해가면서 진행하고 있어, 미숙한 점이 많습니다
많은 조언 부탁드립니다
감사합니다~
M 관리자 2017.06.05 01:07
제가 답을 드린다고 생각만 하고 깜빡했습니다. ㅠㅠ
죄송합니다.
요즘 이런 일이 잦은 걸 보니.. 덥긴 더운가 봅니다.^^

뒤져보니..
mV/m = 1000 x √ (W/m2 x 377) 입니다.
저도 처음 알았습니다.

VA= W = J/s 에서 유추해 낼 수 있습니다.

그리고, 열관류율을 실험하기에는 실내외 온도차가 너무 작습니다.
이 정도 온도차이는 외부 천공복사에 의한 일시적 영향이 더 커질 수 있으며, 허용 오차범위를 넘어가게 됩니다. 통상 이런 경우 (그늘에서 3일 정도 측정한 평균을 내는 것이 좋습니다.)
G 에너지 2017.07.10 10:57
답변 감사합니다~

BRE 홈페이지에서 관련자료를 찾다보니, ISO 기준으로 실험관련 사항들을 정리한 파일이 있어 공유합니다.
위에 말씀해주신대로, 직사광을 피하고, 실내외부의 연속72시간 이상을 실측하라고 되어있습니다

실험실 환경의 정상상태 해석과 같은 값을 유추하기 위해
외부환경에 노출되는 비정상상태의 실측을 72시간 이상 지속할 경우 정상상태의 값으로 봐도 무방하다는 결론이었습니다,

정상상태의 실험의 경우, 전기 혹은 열류를 흘려서 20도 이상 온도차를 두면서 실험하는 것이 일반적인 것으로 알고 있습니다
여름철, 실험을 진행하면서 내부 에어컨 가동을해서 온도차를 만들어볼 생각입니다

감사합니다
M 관리자 2017.07.10 11:07
링크까지.....
감사합니다~
G 대학원생 2018.04.12 22:29
안녕하세요 대학원생입니다. 저도 건축물의 열관류율을 연구하는 학생으로써 궁금한 점이 있어서 이렇게 질문 사항을 남깁니다.
 - HFM 435를 통해서 건축물의 열관류율을 실측하였습니다. 델타티가 10도 이상차이나는 환경에서 총 5일기간에 걸처 연속적으로 측정을 하였습니다. 하지만 중간중간 열관류율값이 티는현상에 대한 보정을 어떻게 해야 하는지 잘모르겠습니다. 불확요인에 대한 이야기들은 많이 있지만 어떻게 확실히 아웃리어를 제거 해야하는지 .. 조금 조언이 필요 합니다.
G tbblock 2018.04.13 07:31
장비에 대한 정보를 알려주시겠습니까?
G 대학원생 2018.04.13 16:30
testo 435 입니다. 위에 조금 오타가 있었네요 ^^;;
M 관리자 2018.04.13 23:38
중간의 벗어난 데이타의 양이 얼마큼인지에 따라 다르긴 하나, 열관류율 측정에서는 그냥 다 더미데이타입니다.
G tbblock 2018.04.14 08:07
장비를 찾아보니 열관유율을 측정하기에는 부족해 보입니다. 실제 건물의 열관류율을 측정할 수 있는 방법은 사실상 어려울듯 합니다...
G 대학원생 2018.04.17 22:11
tbblock 선배님 - 435장비로 열관류율이 측정된 논문들이 많이 있는데 부족하다고 말씀하시는 이유를 조금 알수 있을까요?
M 관리자 2018.04.18 11:16
저의 의견으로는..
장비가 부족한 것이 아니라.. 실제 벽체에 대한 정량적 평가가 자체가 어렵다는 의미로 읽힙니다.
저도 해당 장비를 이용할 때마다 매번 느끼지만.. 같은 면을 다른 포인트로 측정할 때마다도 오차가 크게 나는 경우가 많았습니다. 측정의 원리상 당연한 결과였겠습니다만...
1 홍도영 2018.04.19 06:20
.......하지만 중간중간 열관류율값이 티는현상에 대한 보정을 어떻게 해야 하는지 잘모르겠습니다......라는 부분에서 어느 시간대에 이런 현상이 있던가요?

저는 그런 장비를 사용한 적이 없어서 의견을 드리기가 그렇지만 보통 그런 열관류값을 유효열관류라고도 합니다. 즉, 구조체에 저장된 태양에너지를 고려한 열관류율인데요. 방향에 따라 다르고 구조체의 종류에 따라 달라지기도 하고 무엇보다 일사나 바람의 영향으로도 (표면열저항) 이게 결국은 여름과 겨울의 차이가 있는데요. 드리고 싶은 말씀은 이런 유효열관류율이 일반적인 열관류율보다 그 값이 훨 낮은 경우가 많이 있습니다. 일사가 좋은 곳이 그렇고 야간에 주변건물로 부터 복사열을 받는 건물이 그렇고.....그런 이유에서 실제 그런 단열이 거의 없는 건물의 에너지 소비가 계산된 것보다 심각하지 않은 이유이기도 하구요.
하지만 나아가서 좀 크게 본다면 외부에 에너지를 많이 저장하는 그런 내단열 건물의 경우는 여름철에 오히려 도시열섬현상을 가중시키는 그런 요인이 되기도 합니다. 야간에 뿜어져 나오는 복사열이 에어컨 실외기 수준이지요!

한 때 실 유효열관율과 실험실 열관율과 싸운적이 있고 아직도 이것을 주장하는 그룹도 있습니다. 실험실쪽은 보통 단열재 회사들이 밀구요. 유효쪽은 문화재 보존쪽 사람들 입니다. 저는 중간입니다.
2 TBBlock 2018.04.19 11:06
열전도율 측정 장비의 원리입니다.

사실 열전도율이나 열관류율이나 측정하는 방법은 그리 다르지 않습니다.

시험편을 중간에 두로 양쪽으로 일정한 온도를 유지하게 한 다음
온도를 유지하기 위한 에너지(W)를 측정합니다.

온도차이를 고려해서 시료의 두께(m), 면적(m2) 으로 환산한 결과가 열전도율과 열관류율 입니다.
2 TBBlock 2018.04.19 11:14
실제 건물의 구성에서는

일단 온도를 일정하게 유지하는 것이 불가능합니다.
그리고 벽체의 두께가 두꺼워 지게 되면 열이 흐르는 방향이 벽체를 관통해서 외부로만 흐르는 것이 아니라 벽체 내부 구성체를 통해서 확산됩니다.

건물의 형태와 위치에 따라서 열교가 발생되기도 합니다..

testo435 장비를 실제 사용해 보지는 않았지만
찾아보니 실내외 표면 온도값으로 열관류율을 산출하는 원리로 이해했습니다.

그래서 열관유율을 측정하기에는 부족하다고 말씀드린 겁니다.
2 TBBlock 2018.04.19 11:18
참고로 올려드린 열전도율 측정 원리는 네취 HFM446 소개자료에서 발췌한 것입니다.

실험실 환경에서 열전도율을 측정하더라도
시편의 두께, 시료의 상태 및 온습도 환경에 따라서 오차가 발생합니다.

참고하세요.
M 관리자 2018.04.25 16:32
네.. 전체 값을 보정이라는 개념은 없습니다. 그저 더미데이타만 삭제하는 것이 다 입니다.