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현장에서 벽체의 총괄 열관류율(U)을 실내 공기 온도, 실외 공기 온도, 벽체의 실내외 표면 온도를 측정하여 산출하는 방법은 열 전달 기본 원리를 응용합니다. 총괄 열관류율 U는 벽체를 통한 단위 면적당 열 전달률과 실내외 공기 온도 차이의 비율을 나타냅니다 (). 여기서 는 단위 면적당 열류량입니다.
이 방법은 다음과 같은 단계로 진행됩니다.
- 측정 조건 확보 (정상 상태):
- 실내외 온도 조건이 비교적 안정적이고 벽체를 통한 열 흐름이 시간에 따라 크게 변하지 않는 정상 상태(Steady State)에 가까운 조건을 확보해야 합니다. 온도 변화가 심한 환경이나 일사량이 급변하는 시간대는 피하는 것이 좋습니다.
- 측정 대상 벽체 면에 직접적인 복사열(예: 직사광선, 난방기 근처)의 영향을 최소화해야 합니다.
- 온도 측정:
- 실내 공기 온도(): 벽체 표면 근처가 아닌, 벽체에서 약 0.1 ~ 0.15 m 떨어진 곳에서 공기 온도를 측정합니다.
- 실외 공기 온도(): 벽체 표면 근처가 아닌, 벽체에서 약 0.1 ~ 0.15 m 떨어진 곳에서 공기 온도를 측정하며, 직사광선이나 바람의 영향을 덜 받는 곳을 선택합니다.
- 벽체 실내측 표면 온도(): 벽체 실내측 표면 중앙부 여러 지점에서 비접촉식 온도계(적외선 온도계) 또는 접촉식 온도계(열전대 등)를 사용하여 측정합니다.
- 벽체 실외측 표면 온도(): 벽체 실외측 표면 중앙부 여러 지점에서 측정하며, 일사량 등 외부 환경의 영향을 최소화할 수 있는 방법을 사용합니다.
- 대류 열전달 계수() 가정:
- 이 방법은 측정된 온도값만을 사용하지만, 열류량()을 직접 측정하지 않기 때문에 실내측 및 실외측 대류 열전달 계수()에 대한 표준적인 값(Standard Values)을 가정해야 합니다.
- 일반적으로 실내측 대류 열전달 계수()는 대략 (자연 대류 기준) 값을 사용하며, 실외측 대류 열전달 계수()는 바람의 속도 등에 따라 달라지지만 표준적인 값(예: )을 사용합니다. 어떤 표준(예: KS, ISO 등)에서 제시하는 값을 사용할지 명시해야 합니다.
- 단위 면적당 열류량() 계산:
- 측정된 온도값과 가정한 대류 열전달 계수를 이용하여 벽체 표면에서의 대류 열 전달률을 계산합니다. 정상 상태에서는 이 값이 벽체를 통과하는 총 열류량과 같습니다.
- 실내측 대류를 이용한 계산:
- (참고: 실외측 대류를 이용한 계산: . 이론적으로 정상 상태에서는 두 값이 같아야 하지만, 실제 측정에서는 오차가 있을 수 있습니다. 보다 정확한 현장 측정에서는 열류계(Heat Flux Meter)를 벽체 표면에 부착하여 값을 직접 측정하는 방법을 사용하기도 합니다. 질문에서는 온도 측정만을 제시하고 있으므로, 가정한 값과 표면 온도차를 이용해 를 산출합니다.)
5. 총괄 열관류율(U) 산출:
- 총괄 열관류율(U)의 정의에 따라, 계산된 단위 면적당 열류량()을 실내외 공기 온도 차이로 나누어 산출합니다.
- 단계 4에서 계산한 값을 대입하면 최종적으로 다음과 같은 공식으로 U값을 얻을 수 있습니다.
결론:
현장에서 실내외 공기 온도 및 벽체 표면 온도를 측정하여 벽체의 총괄 열관류율 U를 산출하는 방법은, 측정된 온도를 이용하여 벽체 표면에서의 대류 열 전달률(=벽체를 통과하는 총 열류량)을 계산하고, 이 열류량을 실내외 공기 온도차로 나누는 것입니다. 이 과정에서 실내외 대류 열전달 계수()는 실제 측정값이 아닌 표준 값이나 경험적인 값을 가정하여 사용하게 됩니다. 측정의 정확도는 정상 상태 조건 확보 및 온도 측정의 정밀도, 그리고 사용된 대류 열전달 계수 값의 적정성에 달려 있습니다.
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