005.1 : 과도한 열교현상

Joseph Lstiburek

AUGUST 15, 2008

많은 똑똑한 사람들에게 우리는 분명히 바보 같은 짓을 한다. 지난 20여 년 동안 가장 큰 아이디어 중 하나는 열을 식는 동안 계속 가열하는 것이다. 우리가 더 잘 할수록 우리는 내부의 상태를 유지하기 위해 더 적은 에너지를 사용할 필요가 있다. 보아하니 이 개념은 아직 알려지지 않았다. 우리가 하는 방식대로 철, 콘크리트, 알루미늄, 유리를 사용하는 현대 건축을 어떻게 설명할 수 있을까? 어떻든 고등학교 물리학을 놓친 사람들을 위해, 철, 콘크리트, 알루미늄, 그리고 유리는 모두 열전도성 재료이다. 콘크리트를 제외한 모든 재료는 프라이팬이 된다.

만약 다른 행성에서 온 외계인이 우리의 건설 관행을 본다면, 그는 우리가 건물에 너무 많은 열을 가지고 있고 우리는 그 열을 바깥으로 내보내기를 원한다고 결론지을 것이다. 우리는 콘크리트 슬래브 엣지와 콘크리트 프레임을 노출시킨다. 마지막으로 사용 가능한 BTU를 모두 전달하는 돌출된 지느러미가 있는 열교환기와 같은 구조물을 만든다. - 공기 냉각식 구조 프레임이 있는 대형 콘크리트 "Harleys"(사진1, 사진2, 사진3)

사진1 : "Harley Davidson" Architecture - 돌출된 콘크리트 슬래브는 인클로저 전체에 열을 전달한다.

사진2 : Architectural Statement - 확실히, 돌출된 슬래브는 시각적으로 매력적이다. 빗물을 받아 열을 효율적으로 전달하면서 바닥 면적을 낭비한다.

사진3 : Exposed Frame - 나쁜 소식은 우리가 이것들을 많이 만들었다는 점이다. 좋은 소식은 외부 단열재로 재마감하면 수리하기가 쉽다는 것이다.

이 논리(사실 "모순")는 벽의 영역에서 시작된다. 금속 스터드는 최소 재료량을 사용하여 벽면을 가로질러 가능한 최대 전도 에너지 전달을 제공하도록 설계되었다. - 양쪽 열 전달 핀(플렌지)이 정교하게 설계된 얇은 웨브로 한쪽의 열을 효율적으로 흡수하고 반대쪽에서는 이를 거부한다.(그림1) 긂속 프레임과 함께 금속 스터드를 사용할 경우 상황은 더욱 악화된다.(사진4) 이러한 열 전달 효율과 싸우기 위해 구멍을 단열하는 것은 의미가 없다. 물론 그것이 무의미하다면, 우리는 그것을 한다. 광기는 우리가 고가의 스페레이 폼처럼 점점 더 높은 성능을 가진 단열재를 사용하는 지점까지 발전했다. 비싼 단열재에 더 많은 돈을 낭비할 수 있는데 왜 싼 단열재에 돈을 낭비하는가?

그림1 : Efficient Heat Transfer - 금속 스터드는 최소 재료량을 사용하여 벽면을 가로질러 가능한 최대 전도 에너지 전달을 제공하도록 설계되었다. - 양쪽 열 전달 핀(플렌지)이 정교하게 설계된 얇은 웨브로 한쪽의 열을 효율적으로 흡수하고 반대쪽에서는 이를 거부한다.

사진4 : Conductive Heaven - 여기서 말할 것이 별로 없는데 "당신은 무슨 생각을 하고 있었나?" 구멍을 단열하는 것은 낭비다. 여기서는 외부 단열만이 합리적인 옵션이다.

유일한 해결책은 쉽고, 우아하고, 효과적이며 효율적인 금속 스터드 외부에 단열을 하는 것이다. 구멍은 비워 두어라. - 단열재를 바깥쪽에 놓아라.(사진5) 다 했다. 하지만 우리가 이걸 할 때, 우리가 받을 만한 인정을 받지 못한다. 실제로 코드적 방법과 비용적 방법이 우리를 불리하게 만든다. R-19 batt를 금속 스터드 벽에 넣어, 실제로 R-5~R-6를 받는 것은 행운이다. 이것은 금속 스터드 외부에 두께 1인치의 견고한 단열재를 설치하는 것과 동일한 열 저항이다. R-19 batt를 사용하면 "공칭"코드 요구 사항을 충족할 수 있다. "공칭"이 무슨 뜻인지 알고 있나? 이것은 "이름만"을 의미한다. 이것은 진정한 성능이 아니다. 열역학적으로 대부분의 코드에서는 "동등성"을 충족하려면 금속 스터드 위부에 두께 4인치의 단열재를 설치해야 한다. - "실제" R-20 - "공칭" R-19에 명시된 규정에 "동등성"을 충족한다.

그림5 : Exterior Insulation - 핑크는 외부 단열재이다. 블루는 빗물조절층(배수면)과 공기조절층(공기장벽) 및 증기제어층이다. 브라운은 벽돌 마감이다.

수명이 공평할 경우, 금속 스터드 벽 구조체 외부의 1인치 견고한 단열재는 스터드 사이에 R-19를 설치하는 것과 같다. 현실 세계에서는 동일하지만 코드 세계에서는 그렇지 않다.

여기서 요점은 열저항의 75%를 열교량으로 버리는 것이다. - 그건 오직 벽의 영역에만 있다. 우리가 볼 수 있듯이, 다른 곳에서는 훨씬 더 나빠진다. 다른 열교량은 전체 R-value를 훨씬더 낮춘다.