열관류율 측정

열관류율이란 열관류에 의한 관류 열량 계수로, 단위 표면적을 통해 단위 시간에 고 체벽의 양쪽 유체가 단위 온도차일 때 한쪽 유체에서 다른 유체로 전해지는 열량이다.

이것을 측정하는 장치를 열관류율 측정기라고 한다. 열관류율을 계산하기 위해서는 실 외 온도, 실내 온도, 단위면적의 벽체를 통해 전해지는 열량, 3가지 값이 필요하다.

국내 기준 KS L 9869(열저항과 열투과율의 현장 측정)에서는 ISO 9869 기준을 준용 하여 건물 요소의 열저항 및 열투과율 현장 측정 시험에서의 측정, 데이터 분석의 방 법을 규정하고 있다. 측정방법을 요약하면 다음과 같다. 열관류계 센서를 실내의 안정 된 위치에 부착하고 센서는 측정요소 표면과 직접적인 열 접촉을 해야 한다. 그리고 실내와 실외에 온도 측정기를 설치하여 온도 데이터를 취득한다. 동시에 데이터로거에 연결된 컴퓨터를 통하여 열관류계와 온도 센서의 전기적 데이터를 통해 열관류량을 1 분 간격으로 72시간동안 측정한다. 마지막 시험에서 구한 R(열 저항)값이 24시간 전 에 구한 값에서 ±5%를 벗어나지 않아야하며, 평균법 또는 동역학적 방법으로 열 저항 값과 열관류율 산출한다^[19].

국외에서는 ASTM C 1046 Standard Practice for In-Situ Measurement of Heat Flux and Temperature on Building Envelope Components 에서 열류 센서 및 온도 센서를 사용한 측정시험의 방법에 대하여 규정하고 있다^[20]. 아울러 ASTM C 1155 Standard Practice for Determining Thermal Resistance of Building Envelope Components from the In-Situ Data에서는 현장 측정을 통해 수집한 데이터를 이용하여 열 저항을 계산하기 위한 데 이터의 사용 방법에 대하여 규정하고 있다^[21]. 국내 기준은 ISO 9869를 참고하여 만들 어졌는데, ISO 9869 에서는 적용범위, 시험장치, 측정방법, 데이터 분석, 결과, 오차 분석 및 평가방법을 설명한다. 여러 기준들 중 ISO 9869 기준만이 열관류율 값을 산 출할 수 있어서 대부분 현장 측정 시 이 기준을 적용하고 있다^[22]. ISO 9869 측정 방 식은 다음과 같다^[23].

(1) 측정 위치

센서(열류계와 온도계)는 시험 목적에 따라 장착되어야 한다. 적당한 위치는 열화상 장비로 조사한다. 센서는 요소 전체의 대표가 될 만한 결과임을 확인시킬 수 있는 방 식으로 장착되어야 한다.

(2) 열류계 설치

열류계 크기는 측정대상의 구조물의 부위에 따라 선택한다. 열류계는 균일한 온도에 인접한 면에 장착한다. 열류계 표면의 센서는 측정 대상 표면과 직접적인 열접촉이 이 루어져야 하는데, 이때 열접촉용 페이스트로 완벽하게 밀착시킨다.

(3) 온도센서

온도센서는 열류계에 설치된 표면 온도센서를 사용한다. 열류계에 설치되지 않은 경우에는 열류계 주변이나 내부 표면의 아랫부분에 장착돼야 한다. 외부 표면 온도 센 서는 열류계 반대의 외부면에 장착시킨다. 양쪽 표면 온도 센서는 표면과 센서 및 리 드선 간 열접촉이 좋도록 장착한다.

(4) 데이터 취득

열류계와 온도 센서의 전기적 데이터는 완료일 기간까지 연속적으로 또는 일정 간격 으로 기록된다. 두 기록 간에 최대 시간 폭과 최소 시험 기간은 다음 사항에 좌우 된 다.

- 요소의 특성(내부 또는 외부 단열)

- 내부와 외부 온도(측정 전과 측정 동안의 평균과 변동)

- 분석방법 : 온도가 열류계 주변에서 안정한 경우, 최소 시험 기간은 72시간이다.

(5) 데이터 분석

상기 프로세스에서 측정된 열류 데이터를 이용하여 안정한 경우의 데이터만을 취합 하여 벽체의 열류량을 계산하고, 실내외 열저항을 고려하여 벽체의 총 열저항을 산출 하고, 이에 역수를 취하여 열관류율 값을 산출한다.

그림 4.12은 벽체 열관류율 측정개념과 측정 장치 구성 개요도에 대한 그림이다.

a. 벽체 열관류율 측정개념^[24]

b. 측정 장치 구성 개요도

[그림 4.12] 열관류율 측정개념과 측정 장치 개요도

본 논문에서 사용한 열관류율계는 Testo사의 435-2 모델이다^[25]. 측정장비의 개요는 표 4.1에 나타내었다. 아래의 표를 보면 testo 435 측정기의 크기는 220×74×46이 며 –20℃에서 50℃ 사이의 온도에서 작동한다. 보관온도는 –30℃에서 70℃ 사이이고, 배터리는 알칼리망간(AlMn) AA 배터리로, 수명은 200시간이다. 열량을 계산하는 Probe 측정기의 측정 범위는 -20℃ ~ 50℃로 정확성은 ±5% 이다. 민감도는 61.30

^{ }로 15 온도차에서 측정 값의 ±12%의 시스템 정확성을 가진다. 다음 열 전대는 K타입은 –200℃에서 1370℃ 까지 측정 가능하다. 이 장치의 분해능은 0.1℃이 며, 정확도는 ±0.3℃(-60℃ ~ 60℃)와 ±0.2℃ 측정값의 +0.5%(나머지범위)로 계산한 다. 마지막으로 실리콘 페이스트는 벽체표면에 프로브를 완벽하게 밀착시키는 용도로 사용한다.

<표 4.1> 열관류율 측정기(Testo 435 set) 장비 개요

사진 장비(목적) 성능

Testo 435 (Multi-function instrument)

규격 : 220 × 74 × 46 

배터리 : AlMn AA battery(200H) 작동 온도 범위 : -20℃ ~ 50℃

보관 온도 범위 : -30℃ ~ 70℃

Probe 0600 1635 (열류 미터)

작동 온도 범위 : -20℃ ~ 50℃

정확성 : ±5%

Sensitivity : 61.30 ^{ } 열관류 측정 정확성 :

15 온도차일 때, 측정값의±12%

열전대 K-Type (온도 측정)

작동 온도 범위 : -200℃ ~ 1370℃

정확성 : ±0.3℃(-60℃ ~ 60℃),

±0.2℃ of measuring +0.5%

분해능 : 0.1℃

페이스트

(프로브 부착) 재료 : 실리콘

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