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온도가 다른 물체가 물리적으로 접촉하거나 복사 영향 범위 내에 있을 때마다 열 교환이 일어납니다.
단열은 이러한 열 전달을 줄이는 것입니다.
단열은 다음과 같은 경우 물체 사이에 열 장벽을 만들어서 이루어집니다. 열 전도 또는 열 복사의 경우 반사를 통해 이루어집니다.
물체를 주변으로부터 단열하려면 복사 및 대류와 마찬가지로 전도에 의한 열 교환도 피해야 합니다.
전도에 의한 열 전달은 온도 차이, 열 접촉 표면 및 재료 두께의 역수에 비례합니다.
미터당 와트 및 켈빈당(W-m-1-K-1) 단위로 측정됩니다.
단열재의 단열 성능은 열전도율과 두께에 따라 달라집니다.
단열은 열전도율이 낮은 재료가 높은 두께로 물체를 둘러싸는 방식으로 이루어집니다.
단열재는 차가운 소재는 차갑게, 뜨거운 소재는 뜨겁게 유지합니다.
대상 건물 에너지 효율을 높이고 겨울에는 따뜻하게, 여름에는 시원하게 유지하여 탄소 발자국을 줄일 수 있습니다.
단열재가 사용됩니다:
- 건축 및 건설용: 건물 및 파이프, 온수 탱크 등
- 포장용(주로 콜드 체인의 일부인 단열 배송 컨테이너용)
- 의류용 및 조류(깃털)와 포유류(모피)의 천연 동물 단열재로 사용됩니다.
- 수면 매트 및 폼 매트리스 등 단열 캠핑 제품용
열 전도성
열전도율은 기체의 경우 거의 0에 가깝지만 금속과 같이 전도성이 가장 높은 물질의 경우 수백 W/(m*K)까지 다양합니다. 기체의 열전도율이 가장 낮고(공기: 0.026 W/(m*K)) 액체(대부분의 유기 액체의 경우 0.1~0.2 W/(m*K)) 및 고체가 그 뒤를 잇습니다. 폴리머, 역청, 고무와 같은 유기 고체는 돌(대리석, 화강암 등) 및 콘크리트(일반적으로 2 – 3 W/(m*K)와 같은 무기 고체보다 열전도율이 낮습니다(일반적으로 0.1~0.3 W/(m*K)).
고체에 기체(공기)를 가두는 것은 주로 작은 셀을 만들어 대류가 제한되는 경우 열전도율이 낮은 유기 고체를 사용하면 좋은 단열재를 만들 수 있습니다. 이 원리는 폼(우레탄 폼, 스티로폼(발포 폴리스티렌(EPS), 코르크), 건축 단열재(암면 및 유리솜, 섬유 유리, 석면), 의류(양모, 다운 깃털, 플리스 등)와 같은 대부분의 단열재에 사용됩니다.
에어로젤은 특별한 유형의 단열재입니다. 에어로젤은 구조를 변경하지 않고 액상이 기체로 대체된 젤에서 파생된 것입니다. 에어로젤은 밀도가 매우 낮고 열전도율이 낮으며 투명도가 높은 경우가 많습니다.
열 투과율, R- 및 U-값
열관류율 또는 R 값은 재료의 단열 용량을 특성화하는 데 사용됩니다.
벽, 창문 또는 단열 패널과 같은 2차원 물체를 통과하는 (전도성) 열 흐름의 저항을 측정합니다.
R값은 정상 상태 조건에서 측정한 값으로, 주어진 온도 차이에서 뜨거운 표면과 차가운 표면 사이의 열 흐름을 나타냅니다.
단위는 K⋅m2/W입니다.
R값이 높을수록 단열 특성이 우수합니다.
전체 열전달 계수 또는 U-값은 R의 역수이며 SI 단위는 다음과 같습니다. W/(m2*K).
애플리케이션 분야별 단열
용도에 따라 다양한 유형의 단열재가 사용됩니다.
건축 및 건설
예전에는 건물 단열재가 석면으로 만들어졌습니다. 이제는 EPS(발포 폴리스티렌), 우레탄 폼, 암면 및 진공 절연 패널(VIP)로 대체되었습니다. 종종 나무, 면, 짚과 같은 유기 소재가 사용됩니다. 창문은 사이에 단열 공기층이 있는 두 개의 유리판으로 격리되어 있습니다(단열 글레이징).
온수 탱크와 파이프의 단열에는 주로 폴리우레탄 폼이 사용됩니다.
포장
포장 및 주로 단열 배송 컨테이너(콜드 체인의 일부)에는 일반적으로 다층 소재가 사용됩니다. 폼, 보온 블랭킷(라이너), 반사층으로 구성됩니다. 종종 버블 랩이 사용됩니다. 또 다른 개념으로는 진공 플라스크(‘보온병’ 플라스크)가 있습니다.
의류 및 자연 동물 단열
의류는 포유류(털)와 조류(깃털)의 천연 동물 단열재로 공기 함유물(면, 양모, 다운 깃털 등)이 있는 유기 물질로 구성됩니다.
테스트 방법 및 장치
단열재의 열전도도를 측정하는 방법에는 열 흐름 기법과 같은 다양한 방법이 있습니다. (HFM – 열유량계)와 가드 핫플레이트(GHP) 와 같은 열선 방법과 과도 핫 브리지(THB).
