KR20120100490A - 벽면의 단열 성능 측정 방법 - Google Patents

벽면의 단열 성능 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법은 건물 벽면의 열관류율을 측정하는 방법에 있어서, 열화상 카메라를 이용하여 피측정 벽면 전면(全面)의 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 피측정 벽면의 일부영역을 기준영역으로 선정하는 기준영역 선정단계; 열류계를 이용하여 상기 기준영역의 열관류율을 측정하는 기준영역 열관류율 측정단계; 상기 측정된 기준영역의 열관류율을 이용하여 전체 벽면의 관류율을 획득하는 열관류율 획득단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법. 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 열화상 카메라를 이용하여 기준영역을 선정하고 기준영역의 열관류율을 통하여 전체 벽면의 열관류율을 평가할수 있는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법이 제공된다.

Description

벽면의 단열 성능 측정 방법{METHOD FOR INSPECTING INSULATING PERFORMANCE OF WALL}
본 발명은 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 많은 장비를 이용하지 않고, 열화상 카메라를 이용함으로써 벽면의 전체적인 단열 성능을 평가할수 있는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법에 관한 것이다.
산업 발전에 따른 급격한 도시화의 촉진으로 대도시를 중심으로 아파트와 같은 대단위 집단 주거 단지가 건설되고, 전체적인 생활 수준의 향상으로 쾌적한 생활 환경에 대한 욕구가 증대되고 있다.
이러한 쾌적한 거주환경 추구와 더불어 에너지의 효용성의 측면에서 건축물의 단열성능에 대한 평가의 중요성 역시 대두되고 있다. 특히, 건물의 노화가 진행될 수록 적절한 수준의 단열이 이루어지지 않아, 난방비가 과도하게 발생하는 문제가 있었다.
건축법상 열관류율, 표면결로 발생여부 등이 건축물의 단열성능을 평가하는 지표가 되고 있으며, 이중 건축물 벽면의 열저항과 관련이 있는 열관류율을 측정함으로써 건축물의 단열 성능을 평가하는 방법이 자주 이용되고 있다.
도 1은 종래의 열관류율 측정방법에 의한 열관류율 측정시 구획된 벽면을 도시한 것이다.
종래의 단열 성능 측정 방법은 열류량을 측정하는 열류계 및 벽체의 내외면의 온도를 측정하는 열전대를 측정하고자 하는 벽면의 전체에 다수개 설치하여 열관류율을 측정하였다. 즉, 도 1을 참조하면, 종래의 단열 성능 측정 방법은 측정 장비, 즉, 열류계 및 열전대의 수량과 동일한 수의 영역(Q1, Q2, Q3,... Qm) 벽면을 구획하여, 구획된 각 영역(Q1, Q2, Q3,... Qm)에 열류계 및 열전대를 설치하는 방법을 통하여 관류율 및 단열 성능을 측정하였다.
그러나, 이러한 방법에 의하면 열류계 또는 열전대가 배치되는 밀도에 비례하여 열관류율의 측정 정밀도가 향상되어 다수 장비의 설치로 인하여 비용부담이 증가하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열화상 카메라를 이용하여 기준영역을 선정하고 기준영역의 열관류율을 통하여 전체 벽면의 열관류율을 평가할수 있는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 건물 벽면의 열관류율을 측정하는 방법에 있어서, 열화상 카메라를 이용하여 피측정 벽면 전면(全面)의 온도를 측정하는 온도 측정단계; 상기 피측정 벽면의 일부영역을 기준영역으로 선정하는 기준영역 선정단계; 열류계를 이용하여 상기 기준영역의 열관류율을 측정하는 기준영역 열관류율 측정단계; 상기 측정된 기준영역의 열관류율을 이용하여 전체 벽면의 열관류율을 획득하는 열관류율 획득단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법에 의해 달성된다.
또한, 상기 온도 측정단계에서는 내벽면의 온도와 상기 내벽면의 맞은편 면인 외벽면의 온도를 측정하고, 상기 기준영역 선정단계는 온도기준을 설정하는 기준 설정단계; 상기 내벽면의 온도와 상기 외벽면의 온도가 상기 온도기준에 동시에 부합하는 영역을 기준영역으로 판단하는 기준영역 판단단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준영역 열관류율 측정단계는 상기 기준영역에 설치되는 열류계를 이용하여 상기 기준영역의 열류량을 측정하는 열류량 측정단계; 하기의 수학식 1을 이용하여 상기 기준영역의 열관류율을 산출하는 기준영역 열관류율 산출단계;를 포함할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00001
(단, UK 는 상기 기준영역의 열관류율, qK는 상기 기준영역의 열류량, AK 는 상기 기준영역의 단위면적, ΔTK 는 상기 기준영역 에서의 내벽면과 외벽면의 온도차)
또한, 상기 열관류율 획득단계는 피측정 벽면 전체의 열류량을 획득하는 열류량 획득단계; 상기 온도 측정 단계에서 측정되는 온도 분포와 상기 기준영역의 열관류율을 이용하여 전체 벽면의 열관류율을 예측하는 열관류율 예측단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 열류량 획득단계에서는 상기 벽면 전체의 열류량은 상기 기준영역의 열류량과 동일한 것으로 가정하고, 상기 열관류율 예측단계는 상기 벽면을 복수개의 측정영역으로 구획하는 구획단계; 상기 각 측정영역의 열관류율을 하기의 수학식 2에 의하여 계산하는 계산단계;를 포함할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00002
(단, Un은 상기 측정영역의 벽면의 열관류율, UK는 상기 기준영역의 열관류율, ΔTK는 상기 기준영역의 내벽면과 외벽면의 온도차, ΔTN 은 상기 측정영역의 벽면의 내벽면과 외벽면의 온도차)
본 발명에 따르면, 열화상 카메라를 이용하여, 전체 중 선정된 일부의 기준영역을 통하여 전체 벽면의 열전달 성능을 용이하게 평가할 수 있는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정방법이 제공된다.
또한, 측정하고자하는 벽면 전체에 온도측정장비를 다수 설치하지 않고도, 열화상 카메라를 통하여 전체 벽면의 온도를 측정하여 전체 벽면의 열관류율을 예측할 수 있으므로 시간적, 비용적인 불경제를 해소할 수 있다.
또한, 측정구간이 구획되는 갯수를 조절함으로써, 측정되는 열관류율의 정밀도를 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 열관류율 측정방법에 의한 열관류율 측정시 구획된 벽면을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법의 공정 흐름도이고,
도 3은 도 2의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법의 온도 측정단계에서 열화상 카메라를 이용하여 벽면의 온도를 측정하는 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 도 2의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법의 기준영역 선정단계를 설명하기 위한 것이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정방법의 열관류율 획득단계의 공정 흐름도이고,
도 6은 도 5의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정방법의 열관류율 예측단계를 설명하기 위한 것이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법의 공정 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 벽면의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법(S100)은 열화상 카메라를 이용하여 건물 벽면의 열관류율을 측정하기 위한 것으로서, 온도 측정단계(S110)와 기준영역 선정단계(S120)와 기준영역 열관류율 측정단계(S130)와 열관류율 획득단계(S140)를 포함한다.
도 3은 도 2의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법의 온도 측정단계에서 열화상 카메라를 이용하여 벽면의 온도를 측정하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 상기 온도 측정 단계는 열화상 카메라(20)를 이용하여 피측정 벽면 전면(全面)(10)의 온도를 측정하는 단계이다. 온도 측정 단계에서는 측정 대상이 되는 건물의 내벽면(10a)과 외벽면(10b)의 온도를 모두 측정한다.
본 온도 측정 단계(S110)에서 이용되는 열화상 카메라(20)는 건물에서 방사되는 열 에너지를 전자파의 일종인 적외선 파장의 형태로 검출하여 열의 강도에 따라 각각 다른 색상으로 표현하는 것으로서, 이를 이용하여 건물의 내부공기와 접촉하는 면인 내벽면(10a)과 건물 외부공기와 접촉하는 면인 외벽면(10b)의 온도를 측정하게 된다.
즉, 열화상 카메라(20)를 이용하면 열전대(Thermocouple)과 같은 별도의 온도 측정 장비를 측정하고자 하는 벽면의 전면에 다수 설치하지 않고도, 벽면(20) 전체의 온도를 용이하게 측정할 수 있게 된다.
도 4는 도 2의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법의 기준영역 선정단계를 설명하기 위한 것이다.
상기 기준영역 선정단계(S120)는 피측정 벽면 중 대표성을 가지는 영역의 일부를 기준영역(K)으로 선정하는 단계로서, 온도기준 설정단계(S121)와 기준영역 판단단계(S122)를 포함한다.
상기 온도기준 설정단계(S121)는 온도 측정 단계(S110)에서 측정된 벽면(10)의 온도를 이용하여 기준영역(K)으로 선정되기 위한 영역의 온도 조건을 설정하는 단계에 해당한다.
따라서, 온도기준 설정단계(S121) 상에서 설정되는 온도기준은 피측정 벽면의 두께, 전체 넓이, 재질, 실내외의 온도 등 다양한 변수를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 기준영역 판단단계(S122)는 온도기준 설정단계(S121)에서 설정된 온도기준에 부합하는 온도 분포를 가지는 영역을 기준영역(K)으로 판단하는 단계이다. 이때, 열화상 카메라(20)를 이용하여 측정된 내벽면(10a)의 온도 및 외벽면(10b)의 온도가 상기 온도기준에 동시에 부합하는 영역을 기준영역(K)으로 설정하게 된다.
도 4를 참조하여, 기준영역 선정단계(S120)를 예를 들어 설명하면, 도 4(a)에서 'A'영역은 피측정(10) 벽면의 내벽면(10a)을 열화상 카메라(20)로 촬영하여 상기 설정된 온도기준에 부합하는 영역을 표시한 것이고, 도 4(b)에서 'B'영역은 피측정 벽면의 외벽면(10b)을 열화상 카메라(20)로 촬영하여 상기 설정된 온도기준에 부합하는 영역을 표시한 것이다.
따라서, 기준영역 판단단계(S122)에 의하면, 도 4(a)의 'A'영역과 도 4(b)의 'B'영역을 모두 포함하는 영역이 기준영역(K)으로 판단된다. 즉, 'A'영역과 'B'영역이 동시에 겹치는 영역인 'B' 영역이 기준영역으로 설정되고, 이러한 기준영역은 도 4(c)에서 'K' 영역으로 표시된다.
상기 기준영역 열관류율 측정단계(S130)는 설정된 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 측정하는 단계로서, 기준영역 열류량 측정단계(S131)와 기준영역 열관류율 산출단계(S132)를 포함한다.
상기 기준영역 열류량 측정단계(S131)는 기준영역(K)에 소정의 열류계를 설치하여 기준영역(K)을 통과하는 열류량(qK)을 측정하는 단계이다.
상기 기준영역 열관류율 산출단계(S132)는 열류계에 의하여 측정된 기준영역(K)의 열류량(qK)을 이용하여 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 하기의 [수학식 1] 및 [수학식 2]로서 산출하는 단계이다.
Figure pat00003
상기 [수학식 1]에서 아래첨자 K 는 기준영역을 나타내는 것이며, 기준영역에서 단위면적당 열교환은 기준영역의 열류량으로서 qK 로 표현된다. 또한 RT는 기준영역의 열저항이며, AK 는 기준영역의 단위면적에 해당하며, ΔTK 는 기준영역의 내벽면와 외벽면의 온도차를 나타낸다. [수학식 1]을 기준영역의 열관류율인 UK에 대하여 정리하면 하기의 [수학식 2]로 표현된다.
Figure pat00004
즉, 상술한 과정에 의하여 측정된 기준영역(K)의 열류량(qK)과, 열화상 카메라에 의하여 측정되는 기준영역(K)에서의 내벽면과 외벽면의 온도차(ΔTK)를 이용하여 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 계산할 수 있다.
상기 열관류율 획득단계(S140)는 측정된 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 이용하여 전체 벽면의 열관류율을 획득하는 단계이다.
본 실시예에서는 설정된 온도기준을 통하여 전체 벽면을 대표할 수 있는 영역을 기준영역(K)으로 설정하고, 이를 이용하여 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 측정하였다. 따라서, 기준영역(K)이 전체 벽면의 대표성을 띄는 것이므로, 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 전체 벽면의 열관류율로 볼 수 있게된다.
따라서, 기준영역(K)의 열관류율(UK)이 전체 벽면의 열관류율으로 대표될 수 있고, 전체영역을 대표하는 기준영역(K)의 열관류율(UK)에 의하여 전체적인 벽면의 단열 성능이 예측될 수 있다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법(S200)에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 벽면의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정 방법(S200)은 열화상 카메라를 이용하여 건물 벽면의 전체의 열관류율을 측정하기 위한 것으로서, 온도 측정단계(S110)와 기준영역 선정단계(S120)와 기준영역 열관류율 측정단계(S130)와 열관류율 획득단계(S240)를 포함한다.
본 실시예의 온도 측정단계(S110)와 기준영역 선정단계(S120)와 기준영역 열관류율 측정단계(S130)는 제1실시예에서 상술한 단계와 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정방법(S200)의 열관류율 획득단계(S240)의 공정 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 상기 열관류율 획득단계(S240)는 기준영역 열관류율 측정단계에서 측정장비로부터 측정된 기준영역(K)의 열관류율(UK)을 이용하여 벽면의 기준영역(K)를 제외한 영역의 열관류율을 예상하는 단계로서, 열류량 획득단계(S241)와 열관류율 예측단계(S242)를 포함한다.
상기 열류량 획득단계(S241)는 벽면의 임의의 영역에 대한 열관류율(U)을 측정하기 위하여 측정하고자 하는 벽면 영역에서의 열류량(q)을 하기의 [수학식 3]으로서 획득하는 단계이다.
Figure pat00005
다만, 본 실시예의 열류량 획득단계(S241)에서는 전체 벽면에서의 열류량(q)이 일정한 값을 가지는 것으로 가정하며, 벽면의 모든 영역에서의 열류량(q)은 같은 값을 갖게 된다.
상기 열관류율 예측단계(S242)는 상기 열류량 획득단계(S241)에서 가정된 벽면의 열류량을 이용하여 벽면의 임의의 영역에서의 열관류율을 산출하는 단계로서, 구획단계(S243)와 계산단계(S244)를 포함한다.
상기 구획단계(S243)는 벽면을 측정하고자 하는 영역에 따라 복수개의 측정영역(N)으로 구획하는 단계이다. 본 구획단계(S243)에 의하면, 소정의 구획기준을 선정하여 벽면을 복수개의 측정영역(N)으로 구획한다.
도 6은 도 5의 열화상 카메라를 이용한 단열 성능 측정방법의 열관류율 예측단계를 설명하기 위한 것이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 구획단계(S243)에서는 벽면의 기준영역(S)을 제외한 영역을 다수개의 측정영역(N1, N2, N3,..., NP)으로 구획한다.
상기 계산단계(S244)는 상기 구획된 측정영역(N) 각각의 열관류율 계산하여 예측하는 단계이다.
상술한 열류량 획득단계(S241)에서는 벽면 전체에서 일정한 열류량(q)의 값이 획득되었으므로, 상기 [수학식 1] 및 [수학식 3]에 의하여 하기의 [수학식 4]가 도출된다
Figure pat00006
단, [수학시 4]에서 아래첨자 K 은 측정하고자 하는 측정영역을 의미하는 것으로서, UK 은 측정영역(K)에서의 열관류율, AK 은 측정영역(K)의 단위면적, ΔTK은 측정영역(K)의 내벽면과 외벽면의 온도차를 나타낸다.
상기의 [수학식 4]을 이용하여 구하고자 하는 측정영역에서의 열관류율(UN)에 대하여 정리하면, 측정영역(K)과 기준영역(S)의 단위면적은 동일하므로 하기의 [수학식 5]가 도출된다.
Figure pat00007
따라서, 기준영역(K)의 열관류율(UK), 기준영역(K)의 내벽면과 외벽면의 온도차(ΔTK), 측정 하고자하는 측정영역(N)에서의 내벽면과 외벽면의 온도차(ΔTN)는 상술한 단계에 의하여 모두 구해졌으므로, 원하는 측정영역(N)에서의 열관류율(UN)은 상술한 [수학식 5]에 의하여 예측될 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면, 기준영역(K) 열관류율(UK)을 측정하여, 이를 각 측정영역(N1, N2, N3,.. NP)에 적용함으로써 각 측정영역(N)의 열관류율(UN)을 측정할 수 있으며, 각 측정영역(N)의 열관류율(UN)을 통하여 벽면 전체의 열관류율 및 단열성능을 측정할 수 있다. 또한, 구획되는 측정영역(N)의 갯수가 증가함에 따라 측정되는 열관류율 및 단열성능의 정확성이 향상될 수 있다.
따라서, 종래의 벽면 단열 성능 측정 방법에 의하면, 벽면에 다수개의 열류계 및 열전대를 설치하여 각 영역에서의 열류량과 온도를 측정함으로써 벽면의 열관류율을 측정할 수 있었으나, 본 실시예에 의하면, 열화상 카메라를 이용하여 전영역의 온도를 용이하게 측정하되, 열류계는 기준영역에만 설치함으로써 전영역의 열관류율을 용이하게 측정할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
S100 : 본 발명의 제1실시예에 따른 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법
10 : 피측정 벽면
20 : 열화상 카메라

Claims (5)

  1. 건물 벽면의 열관류율을 측정하는 방법에 있어서,
    열화상 카메라를 이용하여 피측정 벽면 전면(全面)의 온도를 측정하는 온도 측정단계;
    상기 피측정 벽면의 일부영역을 기준영역으로 선정하는 기준영역 선정단계;
    열류계를 이용하여 상기 기준영역의 열관류율을 측정하는 기준영역 열관류율 측정단계;
    상기 측정된 기준영역의 열관류율을 이용하여 전체 벽면의 열관류율을 획득하는 열관류율 획득단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도 측정단계에서는 내벽면의 온도와 상기 내벽면의 맞은편 면인 외벽면의 온도를 측정하고,
    상기 기준영역 선정단계는 온도기준을 설정하는 기준 설정단계; 상기 내벽면의 온도와 상기 외벽면의 온도가 상기 온도기준에 동시에 부합하는 영역을 기준영역으로 판단하는 기준영역 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기준영역 열관류율 측정단계는
    상기 기준영역에 설치되는 열류계를 이용하여 상기 기준영역의 열류량을 측정하는 열류량 측정단계;
    하기의 수학식 2를 이용하여 상기 기준영역의 열관류율을 산출하는 기준영역 열관류율 산출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법.
    [수학식 2]
    Figure pat00008

    (단, UK 는 상기 기준영역의 열관류율, qK는 상기 기준영역의 열류량, AK 는 상기 기준영역의 단위면적, ΔTK 는 상기 기준영역 에서의 내벽면과 외벽면의 온도차)
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열관류율 획득단계는
    피측정 벽면 전체의 열류량을 획득하는 열류량 획득단계;
    상기 온도 측정 단계에서 측정되는 온도 분포와 상기 기준영역의 열관류율을 이용하여 전체 벽면의 열관류율을 예측하는 열관류율 예측단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열류량 획득단계에서는 상기 벽면 전체의 열류량은 상기 기준영역의 열류량과 동일한 것으로 가정하고,
    상기 열관류율 예측단계는 상기 벽면을 복수개의 측정영역으로 구획하는 구획단계; 상기 각 측정영역의 열관류율을 하기의 수학식 5에 의하여 계산하는 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 카메라를 이용한 벽면의 단열 성능 측정 방법.
    [수학식 5]
    Figure pat00009

    (단, Un은 상기 측정영역의 벽면의 열관류율, UK는 상기 기준영역의 열관류율, ΔTK는 상기 기준영역의 내벽면과 외벽면의 온도차, ΔTN 은 상기 측정영역의 벽면의 내벽면과 외벽면의 온도차)
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