복사 장벽

Radiant barrier
복사 방호벽은 열 방사선을 반사하는 데 사용되는 반짝반짝 빛나는 반사 건축물이다.

복사 방호벽은 열 방사선을 반사하고 열 전달을 감소시키는 건축 자재의 일종이다. 열 에너지도 전도 대류에 의해 전달되기 때문에 방사선 이외에도 복사 장벽이 전도나 대류에 의해 열 전달을 늦추는 단열재로 보완되는 경우가 많다.

복사 방호벽은 열방사선(방사열)을 반사하여 반사되고 낮은 유미턴스 표면으로 인해 방호벽의 한쪽에서 다른 쪽으로의 전달을 방지한다. 건축 용도에서 이 표면은 일반적으로 매우 얇고 거울과 같은 알루미늄 호일이다. 호일은 원소에 대한 저항 또는 마모 저항을 위해 코팅할 수 있다. 복사 장벽은 한 면 또는 두 면일 수 있다. 단면 복사 방호벽은 폴리이소시아누레이트, 강성 폼, 버블 절연 또는 방향 스트랜드 보드(OSB)와 같은 절연 재료에 부착할 수 있다. 반사 테이프는 연속적인 증기 장벽으로 만들기 위해 복사 장벽의 스트립에 부착될 수 있고, 또는 또는 복사 장벽이 증기 전달을 위해 천공될 수 있다.

반사율과 발산성

존재하는 모든 물질은 온도의 결과로 열 방사선에 의해 에너지를 방출하거나 방출한다. 복사되는 에너지의 양은 표면 온도와 방출도("방사성"이라고도 함)라는 속성에 따라 달라진다. 방사성은 주어진 파장에서 0과 1 사이의 숫자로 표현된다. 방사성이 높을수록 그 파장에서 방사선이 더 많이 방출된다. 관련 물질적 특성은 반사성("반사성"이라고도 함)이다. 이것은 주어진 파장에서 물질에 의해 얼마나 많은 에너지가 반사되는지를 측정하는 척도다. 반사율은 0과 1 사이의 숫자(또는 0과 100 사이의 백분율)로도 표현된다. 주어진 파장과 입사각에서 복사도와 반사율 값은 Kirchhoff의 법칙에 의해 1에 합친다.[citation needed]

복사 장애물 재료는 기능할 것으로 예상되는 파장에서 낮은 복사성(보통 0.1 이하)을 가져야 한다. 일반적인 건축 재료의 경우 파장은 중적외선과 장적외선 스펙트럼에서 3-15마이크로미터 범위 내에 있다.[citation needed]

복사 장벽은 높은 시각적 반사율을 보일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 반사율과 방사율은 주어진 파장에서 1을 합해야 하지만, 한 세트의 파장에서의 반사율(가시성)과 다른 세트의 파장에서의 반사율(열성)이 반드시 1을 합하는 것은 아니다. 따라서 열 방출도가 낮은 눈에 띄게 어두운 색의 표면을 만들 수 있다.[citation needed]

적절하게 수행하기 위해 복사 장벽은 방사선이 있을 수 있는 열린 공간(예: 공기 또는 진공)을 향해야 한다.[1]

역사

1860년 프랑스의 과학자 장 클로드 유진 페클레는[2] 높은 금속과 낮은 방출 금속이 공기 공간을 향하도록 단열 효과를 실험했다.[3] 페클레는 주석에서 주철에 이르는 다양한 금속을 실험했고, 색상과 시각적 반사율 모두 재료 성능의 중요한 결정 요인이 아니라는 결론에 도달했다. Peclet은 열 전달을 감소시키는 복사 장벽의 장점을 발견하면서 다양한 공기 공간으로 향하는 높은 면과 낮은 면적의 BTU 감소를 계산했다.

1925년, 두 명의 독일 사업가 슈미트와 다이커호프는 최근 기술이 개선되어 저방사성 알루미늄 호일을 상업적으로 사용할 수 있게 되었기 때문에 건물 단열재로 사용하기 위해 반사 표면에 대한 특허를 신청했다. 이것이 전 세계 복사 장벽과 반사 단열재의 발사대가 되었고, 이후 15년 안에 미국에만 수백만 평방피트의 복사 장벽이 설치되었다.[2] 30년 안에 복사 장벽이 유명해졌고, 캘리포니아 팜 스프링스에 있는 MIT, 프린스턴, 프랭크 시나트라 저택의 프로젝트에 포함되었다.

적용들

우주탐사

아폴로 프로그램을 위해, NASA는 복사열의 95%를 반사하는 얇은 알루미늄 호일을 개발하는 것을 도왔다.[4] 금속으로 만든 필름은 우주선, 장비, 우주 비행사들을 열 복사로부터 보호하거나 우주의 극한 온도 변동에 열을 유지하기 위해 사용되었다.[4] 알루미늄은 박막으로 진공 코팅해 아폴로 착륙 차량의 밑부분에 도포했다. 그것은 또한 제임스 웹 우주 망원경과 스카이랩과 같은 많은 다른 NASA 프로젝트에도 사용되었다. 온도가 -400~250 °F(-240~120 °[5]C)의 열 전달은 방사선에 의해서만 이루어질 수 있는 외계의 진공에서는 복사 장벽이 지구상에 비해 훨씬 효과적이어서, 효과적인 복사 장벽이 전개되어도 대류 및 전도를 통해 여전히 5%~45%의 열 전달이 발생할 수 있다. 방사장벽은[5] 우주재단 인증 우주기술(TM)으로 1996년 우주기술 명예의 전당에 입성했다.

직물

1970년대부터 우주 담요라고 불리는 금속화 폴리에스테르 시트는 저체온증과 그 밖의 한랭한 날씨 부상을 방지하기 위한 수단으로 상업적으로 이용되어 왔다.[4] 내구성과 가벼운 무게 때문에 이 담요는 생존과 응급처치용으로 인기가 있다. 많은 사람들이 마라톤을 마친 후 반사 금속으로 된 필름에 싸여 있는 것을 볼 수 있는데, 특히 가을에 열리는 연례 뉴욕 마라톤 대회처럼 기온이 특히 추운 곳에서 볼 수 있다.[6]

창 시술

윈도우 글라스는 낮은 복사율이나 "로우-e"를 얻기 위해 코팅될 수 있다. 어떤 창문들은 스퍼터링이라고 불리는 과정을 사용하여 적어도 한 겹이 금속화된 라미네이트 폴리에스테르 필름을 사용한다. 스퍼터링은 알루미늄인 금속이 기화되어 폴리에스테르 필름이 통과할 때 발생한다. 이 과정은 궁극적으로 필름 표면을 코팅하는 금속의 양을 조절하도록 조정될 수 있다.

이러한 금속 필름들은 복사열의 전달에 저항하기 위해 유리의 하나 이상의 표면에 도포되지만, 이 필름들은 너무 얇아서 가시적인 빛이 통과할 수 있다. 얇은 코팅은 깨지기 쉽고 공기와 습기에 노출되면 손상될 수 있기 때문에 제조사는 일반적으로 여러 개의 창호를 사용한다. 일반적으로 필름은 제조 중에 유리에 적용되지만, 일부 필름은 주택 소유자가 직접 적용할 수 있다. 주택 소유자가 응용한 윈도우 영화는 일반적으로 10년에서 15년 정도 지속될 것으로 예상된다.[7]

건설

지붕 및 특성

복사 태양 에너지가 지붕에 부딪혀 지붕 재질(신글, 타일 또는 지붕 덮개)과 지붕 덮개를 전도에 의해 가열하면 지붕 표면 밑면과 지붕 골격이 지붕 공간(아틱/천장 캐비티)을 통해 다락방 바닥/상부 천장 표면을 향해 아래쪽으로 열을 방사하게 된다. 지붕재와 다락방 바닥의 단열재 사이에 복사 방호벽을 놓았을 때, 뜨거운 지붕에서 방출되는 열의 상당 부분이 지붕 쪽으로 반사되어 복사벽 밑면의 낮은 방출도는 복사열이 아래쪽으로 거의 방출되지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 단열재 상단 표면을 복사 장벽이 없었을 때보다 냉각시켜 단열재를 통해 아래 방으로 이동하는 열의 양을 감소시킨다.

이는 지붕을 가열하기 전에 태양 에너지를 반사하는 쿨루프 전략과는 다르지만 둘 다 복사열을 줄이는 수단이다. 플로리다 솔라 에너지 센터의 연구에 따르면,[8] 흰색 타일이나 흰색 금속 쿨 루프는 다락방의 복사 장벽이 있는 기존의 검은색 홑겹 지붕을 능가할 수 있지만, 복사 장벽이 있는 검은색 홑겹 지붕은 붉은색 타일 쿨 루프를 능가했다.

금속 또는 타일 지붕 아래에 복사 방호벽을 설치하는 경우 접촉 면적이 높으면 낮은 방출체로서 금속 표면의 효력이 감소하기 때문에 복사 방호벽(하향)을 지붕 피복 위에 직접 적용해서는 안 된다. 수직 배튼(일명 전구 스트립)을 피복 윗부분에 적용할 수 있으며, 그 다음 복사 장벽이 있는 OSB를 배튼 위에 배치할 수 있다. 방망이는 방망이가 없는 공사보다 더 많은 공간을 허용한다. 공기 공간이 없거나 너무 작으면 복사 장벽에서 하부 구조로 열이 전달되어 낮은 지역에 원치 않는 IR 샤워가 발생한다. 목재는 단열재에 약하기 때문에 해당 목재의 복사 장벽에서 낮은 표면으로 열을 전달하고, 여기서 IR 방사선을 방출하여 열을 방출한다. 미국 에너지부에 따르면 "반사절연 및 복사 차단제 제품은 반사물질에 인접한 공기 공간이 있어야 효과가 있다"[9]고 한다.

복사 장벽의 가장 일반적인 적용은 특성 면이다. 전통적인 홑겹/타일/철로 된 지붕의 경우, 서까래나 트러스 아래 및 지붕 데크 아래에 복사 방벽을 적용할 수 있다. 이 적용방법은 서까래 트러스 아래에 복사 방호벽 시트를 깔아 복사 방호벽을 아래 내부 다락방 전체로 향하게 하여 위쪽에 작은 공기 공간을 조성한다.[10] 반사 호일 라미네이트는 복사 방호벽 시트로 흔히 쓰이는 제품이다.

신축 시 지붕에 복사 차벽을 적용하는 또 다른 방법은 OSB 패널이나 지붕 피복에 미리 설치된 복사 차벽을 사용하는 것이다. 이 설치 방법을 사용하는 제조업체는 지붕 데크업과 복사 장벽 역할을 하는 제품을 한 곳에서 사용할 때 발생하는 인건비 절감을 종종 강조한다.

기존 다락방에 복사 방호벽을 적용하기 위해 지붕 서까래 밑면에 복사 방호벽을 고정할 수 있다. 이 방법은 이중공기공간이 제공된다는 점에서 드레이핑 방식과 동일한 장점을 제공한다. 그러나 다락방에 습기가 끼이지 않도록 환풍구를 열어 두는 것이 필수적이다. 일반적으로 샤이니 SIDE DOWN을 아래쪽을 향한 공기 공간으로 지붕 밑면에 적용하는 것이 선호되므로, 샤이니 SIDE UP 장벽의 경우처럼 먼지가 이를 물리치지 않는다.[11]

다락방에 복사 방호벽을 설치하는 최종 방법은 다락방 단열재 윗부분에 설치하는 것이다. 이 방법이 겨울에[12] 더 효과적일 수 있지만, 미국[11] 에너지부와 반사 단열재 제조업체 협회 국제[10] 협회는 이 응용 프로그램에 대해 몇 가지 잠재적 우려가 있다. 첫째, 숨쉴 수 있는 복사 방호벽이 항상 여기에 사용되어야 한다. 이것은 보통 복사 방호박의 작은 구멍에 의해 달성된다. 방광벽의 증기전달률은 ASTM E96으로 측정했을 때 최소 5 Perms 이상이어야 하며, 설치 전에 절연체의 습기를 확인해야 한다. 둘째, 제품은 ASTM E2599 방법을 사용하는 ASTM E84를 포함하는 필요한 화염 확산량을 충족해야 한다. 마지막으로, 이 방법은 먼지가 복사 장벽의 상단 표면에 쌓일 수 있도록 하여 시간이 지남에 따라 효율을 떨어뜨릴 가능성이 있다.

에너지 절약

건물 외피의 연구 프로그램을 다락방에서 그러한 미국 최남부 지방에서로 가장 더운 기후대에 에어컨 덕트 공사와 오크리지 국립 Laboratory,[13]집의 2010년 연구에 따르면 복사 장애물 개입에 의해, 연간 공과금 저축 150달러까지, 가장 혜택을 받을 수 있는 반면에 집에서 가벼운 병. C.리마예를 들어, 볼티모어 같은 테스는 남부 이웃의 약 절반의 저축을 볼 수 있었다. 반면 다락방에 덕트나 공기조종기가 없다면 마이애미에서 약 12달러에서 볼티모어에서는 5달러로 연간 절감액은 훨씬 적을 수 있다. 그럼에도 불구하고 복사 장벽은 여전히 쾌적성을 향상시키고 최대 냉방 부하를 줄이는 데 도움이 될 수 있다.

씽글 온도

복사 장벽과 관련된 일반적인 오해는 복사 장벽에서 지붕으로 반사되는 열이 지붕 온도를 증가시키고 지붕 판자를 손상시킬 가능성이 있다는 것이다. 플로리다 태양 에너지 센터의[8] 성능 테스트는 하루 중 가장 더운 부분의 온도 상승이 화씨 약 5도 이하라는 것을 보여주었다. 실제로 이 연구는 복사 방호벽이 지붕을 통한 열 손실을 막아주기 때문에 해가 지면 지붕 온도를 낮출 가능성이 있다는 것을 보여주었다. RIMA International은 이 주제에 대한 기술 논문을 작성했는데, 여기에는 대형 지붕 제조 업체로부터 수집된 진술서가 포함되었으며, 복사 장벽이 어떤 식으로든 대상의 보증에 영향을 미칠 것이라는 언급은 없었다.[14]

다락방 먼지 축적

다락방 바닥 단열재 위에 복사 차단막을 깔면 윗면에 먼지가 쌓일 수 있다. 먼지 입자 크기, 먼지 구성, 다락방의 환기량 같은 많은 요소들이 먼지가 쌓이는 방법에 영향을 미치고 따라서 다락방의 복사 장벽의 궁극적인 성능에 영향을 미친다. 테네시 밸리 공단의[12] 연구는 복사 장벽 위에 소량의 먼지를 기계적으로 적용했고 성능 테스트에서 큰 효과를 발견하지 못했다. 그러나, TVA는 복사 장벽이 너무 많은 먼지를 수집하여 반사율을 거의 절반으로 줄일 수 있다는 이전의 연구를 언급했다. 다락방 바닥의 양면 복사 방벽이 먼지 걱정의 면역이 된다는 것은 사실이 아니다. TVA 연구에서는[12] 또한 검은 플라스틱을 위에 걸치고 있는 양면 복사 차단막과 위에 무거운 크래프트 용지를 얹은 단면 복사 차단막을 실험했다. 시험 결과 복사 장벽이 작동하지 않는 것으로 나타났으며, 단열재 봉우리 사이에 조성된 작은 공기 공간은 복사열을 차단하기에 충분하지 않았다.

벽들

복사 방호벽은 벽 외관 주위의 환기구 피부로 사용될 수 있다.[10] 퍼링 스트립을 피복에 적용해 복사벽과 사이딩 사이에 환기공간의 공간을 조성하고, 상단과 하단에 환풍구를 사용해 대류열이 다락방으로 자연스럽게 상승할 수 있도록 했다. 외관에 벽돌을 사용 중인 경우 환기된 공기 공간이 이미 존재할 수 있으며, 퍼링 스트립이 필요하지 않다. 집 한 채를 복사 차단벽으로 감싸면 톤수 에어컨 요구량이 10%~20% 감소할 수 있으며, 에너지와 공사비를 모두 절약할 수 있다.

바닥

반사호일, 버블호일 단열재, 복사방벽은 적절히 적용했을 때 고온 기후에서 원치 않는 일사량을 반사할 수 있는 능력으로 주목받는다. 반사성 포일은 지붕용지, 공예용지, 플라스틱 필름, 폴리에틸렌 거품, 판지 등 다양한 받침의 알루미늄 포일로 제작된다. 반사 버블 호일은 기본적으로 반사 호일 층이 있는 플라스틱 버블 랩 시트로 복사 포일로 알려진 절연 제품의 종류에 속한다. 반사 버블/포일 절연은 주로 복사 장벽이며 반사 단열 시스템은 복사 열 이득을 감소시켜 작동한다. 효과적이 되려면 반사 표면이 공기 공간을 향해야 하며 반사 표면에 먼지가 쌓이면 반사 능력이 감소한다. 반사 표면에 먼지가 쌓이는 것을 최소화할 수 있도록 복사 차단기를 설치해야 한다.

복사 장벽은 냉/한 기후보다 더운 기후에 더 효과적이다(특히 냉각 공기 덕트가 다락방에 위치한 경우). 태양이 지붕을 달구었을 때, 주로 지붕을 뜨겁게 만드는 것은 태양의 복사 에너지다. 이 열의 대부분은 지붕재료를 통해 지붕의 다락방으로 전도되어 이동한다. 그런 다음 뜨거운 지붕 재료는 공기 덕트와 다락방 바닥을 포함한 더 시원한 다락방 표면에 그것의 열 에너지를 방출한다. 복사 방벽은 지붕 밑면에서 다락방의 다른 표면으로의 복사열 전달을 감소시킨다. 일부 연구는 복사 장벽이 따뜻하고 햇볕이 잘 드는 기후에서 사용할 경우 냉각 비용을 5~10% 절감할 수 있다는 것을 보여준다. 열 증가량이 감소하면 에어컨 시스템이 더 작아질 수도 있다. 그러나 추운 기후에서는 복사 장벽을 추가하는 것보다 더 많은 단열재를 설치하는 것이 일반적으로 더 비용 효율적이다.[15]

미국 에너지부(DOE, Energy Efficiency & Renewal Energy Department)[16]와 천연자원부(NRCAN)[17]는 이러한 시스템은 추운 기후나 매우 추운 기후에 권장되지 않는다고 말한다.

캐나다

캐나다는 추운 기후로 간주되어 이러한 제품들은 홍보에 따라 성능이 발휘되지 않는다. 절연 값이 매우 높은 것으로 시판되는 경우가 많지만, 복사 절연 제품에 대한 구체적인 표준은 없으므로, 게시된 추천서와 제조업체의 열성능 주장에 유의해야 한다. 반사 버블포일 단열재와 복사벽의 절연값은 재료 두께당 RSI 0(R-0)에서 RSI 0.62(R-3.5)까지 차이가 있을 수 있다는 연구결과가 나왔다. CMHC(캐나다 모기지앤주택공사)가 파리의 4개 주택을 대상으로 실시한 연구 결과, ON은 거품호일의 성능이 단열되지 않은 바닥과 유사하다는 것을 발견했다. 또한 비용 편익 분석을 실시했으며 비용 편익 비율은 세제곱미터 RSI당 12~13달러였다.[17]

효과적인 절연 값은 인접한 죽은 공기의 수, 호일의 층 및 설치 장소에 따라 달라진다. 포일을 견고한 폼 절연에 라미네이트 처리한 경우, 폼 절연재의 RSI를 사공 공간의 RSI와 포일에 추가하여 총 절연 값을 구한다. 만약 공기공간이 없거나 맑은 거품층이 있다면, 필름의 RSI 값은 0이다.

참고 항목

참조

  1. ^ FTC 서한, 공기공간이 없는 슬래브에서 사용되는 반사 단열재에 관한 연구
  2. ^ a b Wilkes, Gordon B. (1939-07-01). "Reflective Insulation". Industrial & Engineering Chemistry. 31 (7): 832–838. doi:10.1021/ie50355a011. ISSN 0019-7866.
  3. ^ Paulding, Charles Pearson; Péclet, Eugène (1904). Practical Laws and Data on the Condensation of Steam in Covered and Bare Pipes: To which is Added a Translation of Péclet's "Theory and Experiments on the Transmission of Heat Through Insulating Materials.". D. Van Nostrand Company. p. 2. Peclet tin.
  4. ^ a b c Hall, Loura (2016-09-15). "Technology Transfer". NASA. Archived from the original on 2007-02-02. Retrieved 2018-04-13.
  5. ^ a b Hall, Loura (2016-09-15). "Technology Transfer". NASA. Archived from the original on 6 January 2005. Retrieved 2018-04-13.
  6. ^ Cacciola, Scott (1 November 2015). "Lightweight Blankets With a Big Footprint at the Marathon". New York Times. Retrieved 13 February 2016.
  7. ^ "Energy Saver Department of Energy". www.energysavers.gov. Retrieved 2018-04-13.
  8. ^ a b "FSEC-PF-336-98". www.fsec.ucf.edu. Retrieved 2018-04-13.
  9. ^ [1] 웨이백 머신에 보관된 2012-05-25, 코드 상태 확인
  10. ^ a b c [2], RIMA 국제 핸드북.
  11. ^ a b "Energy Saver Department of Energy". www.energysavers.gov. Retrieved 2018-04-13.
  12. ^ a b c [3],[permanent dead link] 테네시 밸리 당국 시험.
  13. ^ [4] Wayback Machine, ORLL Radiant Barrier Fact Sheet, 2010년에 보관된 2012-01-06.
  14. ^ [5] rimainternational.org에 2011-11-21 보관(오류: 알 수 없는 보관 URL) RIMA International: 씽글 연구 게시판.
  15. ^ https://www.cmhc-schl.gc.ca/odpub/pdf/63728.pdf[영구적 데드링크]
  16. ^ http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/building_america/38309.pdf
  17. ^ a b http://www.nrcan.gc.ca/sites/www.nrcan.gc.ca/files/energy/pdf/housing/Keeping%20the%20Heat%20In_e.pdf

외부 링크