기후 부하를 받는 단열 유리 장치를 통한 열 전달

날짜: 2023년 1월 30일

저자: Zbigniew Respondek

원천:재료2020, 13(2), 286

https://doi.org/10.3390/ma13020286

(이 기사는 건설 및 건축자재 분야 에너지 특별호에 속합니다)

단열 유리 유닛(IGU)의 구성에 사용되는 구조적 요소 중 하나는 가스로 채워진 좁은 틈으로, 그 목적은 건물 유리의 열적 특성을 향상시키는 것입니다. 날씨 매개변수의 자연적인 변화: 기압, 온도 및 바람은 틈새의 가스 압력 변화에 영향을 미치고 결과적으로 장치의 구성 요소 유리판의 결과적인 하중 및 처짐에 영향을 미칩니다. 낮은 온도 조건과 대기압이 증가할 때 구성 요소 유리판은 오목한 형태의 편향을 가질 수 있으므로 이러한 하중을 받는 유리의 틈 두께는 공칭 두께보다 얇아질 수 있습니다.

본 논문에서는 겨울철에 이 두께를 줄이는 것이 단열 유리 장치를 통한 설계 열 손실에 미치는 영향을 분석합니다. 이를 위해 샘플 단위의 유리 편향을 결정하고 이를 기반으로 작동 조건에서 틈의 두께를 추정했습니다. 다음으로 공칭 두께와 하중에 따라 감소되는 두께의 간격에 대해 결정된 열관류율과 열유량 밀도를 비교했습니다. 기후 부하의 영향을 고려하면 특정 조건에서 IGU를 통해 계산된 열 손실이 증가할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이는 간격이 대류, 즉 열 투과율의 선형 변화 범위에 의해 열을 전달하지 않을 때 발생합니다.

예를 들어, "온난한 겨울" 조건에서 현재 제조된 삼중 유리 IGU의 경우 계산된 열 손실은 5%까지 증가할 수 있으며, 간격이 10~14mm인 이중 유리 IGU의 경우 이 비율은 약 4.6%입니다. 다른 경우(예: 장치의 간격이 두꺼워지고 외부 온도가 크게 감소하는 경우)에는 간격에 관례가 나타납니다. 그러면 틈의 두께를 줄여도 유약의 단열이 악화되지 않습니다. IGU를 설계할 때 이 효과를 고려해야 합니다. 또한 풍하중은 간격의 두께에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다.

일반적으로 건축 산업에서 창문이나 유리 외관을 채우는 데 사용되는 단열 유리 유닛(IGU)은 가장자리가 유리 스페이서로 연결된 두 개 이상의 구성 요소 유리판으로 구성됩니다. 구성 요소 유리판 사이의 공간은 가스로 채워진 긴밀한 간격을 형성합니다. 이러한 방식으로 구성된 건물 칸막이의 열 성능을 향상시키기 위해 틈에는 공기보다 열전도율이 낮은 가스, 가장 흔히 아르곤으로 채워집니다. 성능을 더욱 향상시키는 것은 Low-E 코팅이 된 구성 요소 유리판을 사용함으로써 달성됩니다. 이러한 코팅은 기상 조건에 노출되면 빠르게 부식되기 때문에 틈의 측면에 위치해야 합니다. 그러므로 단열 유리 유닛의 틈새의 견고함은 투명 유리의 우수한 단열을 유지하는 데 필요한 요소입니다[1,2].

그러나 긴밀한 간격은 환경 하중 전달 및 구조 요소의 관련 변형과 관련하여 IGU의 일부 특정 특성을 결정합니다. 장치의 생산 과정에서 간격은 가스로 채워지므로 간격의 가스에는 압력, 온도 및 부피의 일부 초기 매개변수가 있습니다. 작동 조건에서 단열 유리 유닛은 틈새와 환경 사이의 압력 차이로 인해 구성 요소 유리판의 변형과 하중을 생성하는 기후 하중에 노출됩니다. 예를 들어, 대기압이 증가하거나 갭의 가스 온도가 감소하면 유리창의 편향이 오목한 형태로 나타나고(그림 1a) 이러한 매개변수의 반대 변화는 볼록한 형태로 나타납니다(그림 1b). 간격의 과소 또는 과압의 크기는 기후 하중 값뿐만 아니라 IGU의 구조에 따라 달라집니다. 일반적으로 IGU 치수(폭 x 길이)가 줄어들고 가스 갭의 두께가 증가하며 구성 요소 유리판의 두께가 증가하면 증가합니다. 압력 차이가 IGU의 편향에 어떤 영향을 미치는지는 이 기사의 뒷부분에서 설명합니다.