건축 감리사는 벽, 지붕 또는 바닥이 열 전달을 얼마나 잘 차단하는지 측정하는 건물의 U-값을 계산하기 위해 열유속 플레이트 방식을 사용하는 것에 따른 시간 및 비용상의 한계와 수년 동안 씨름해 왔습니다. 그러나 이제 더 빠르고 쉽고 비용 효율적인 기술이 건축 감리사가 기존 건물과 신축 건물의 열 성능을 정량화하는 방식을 변화시키고 있습니다. 영국 런던의 웨스트민스터 사원은 이러한 기술을 활용한 최신 문화유산 중 하나입니다. Build Test Solutions(BTS)가 공동 개발한 혁신적인 새로운 Heat3D® 시스템의 중심에는 Flir One® Pro 열화상 카메라가 있습니다.
열유속 플레이트와 데이터 로거로 건물의 열 성능(U-값)을 측정하려면 코스터 크기의 센서를 벽 내부 표면에 부착하고 일반적으로 3~7일(구조물의 열 질량에 따라 다름) 동안 그대로 두어야 합니다. 내부 및 외부 공기와 벽 표면 온도를 측정하기 위해서는 프로브도 필요합니다. 이 프로세스는 방해 요소가 많고, 시간이 많이 소요되며, 비용이 많이 들고, 궁극적으로는 센서가 부착된 특정 지점을 통과하는 열 흐름만 측정합니다. 벽은 본질적으로 불균질하며 센서를 모르타르 조인트나 벽 타이 등에 놓을 수 있어 결국 대표성이 없는 데이터를 제공할 수 있습니다.
Heat3D는 조사 수행의 시간과 비용을 해결하고 분리된 지점이 아닌 전체 벽 구간을 통한 열 손실을 측정할 필요성을 해결하기 위해 BTS가 공동 개발했습니다. 이는 건물 요소의 열 저항 및 열관류율에 대한 현장 측정을 다루는 ISO 9869-2를 따릅니다. 파트 2는 특히 적외선 기술의 사용과 관련이 있습니다.
건축 감리사는 수년 동안 주로 검사 목적으로 Flir 적외선 열화상 카메라를 활용해 왔지만, BTS는 Heat3D를 통해 이 혁신적인 기술에 대한 잠재적인 새로운 활용 사례를 발견했습니다. Flir One® Pro를 다른 맞춤형 하드웨어 및 독점 모바일 앱과 페어링하면 벽 표면 전체의 온도뿐만 아니라 벽을 통과하는 실제 열 전달률도 추정할 수 있습니다.
"이 특허받은 신기술의 잠재력에 대한 입소문이 빠르게 퍼지고 있습니다"라고 BTS의 전무 이사인 Luke Smith는 보고합니다. "여러 건물과 부지가 이미 이를 활용했으며, 건축 및 문화적 랜드마크인 웨스트민스터 사원이 가장 눈에 띄는 곳 중 하나입니다."
웨스트민스터 사원 부지는 다양한 건물로 구성되어 있으며, 탄소 영향을 줄이고 미래 세대를 위한 복원력을 보장하기 위해 현재 에너지 효율성 개선을 진행 중입니다. 예를 들어, 일부가 13세기까지 거슬러 올라가는 1등급 등록 건물인 Deanery는 높은 에너지 소비로 두드러진 곳이었습니다. 두꺼운 석조 벽, 목재 패널, 원래의 금속 프레임 창문이 있는 이곳은 데이터 기반 평가를 위한 좋은 출발점이었습니다.
건물의 열 성능을 파악하고 상세한 평가를 수행하기 위해 웨스트민스터 사원은 다분야 부동산 및 건설 컨설팅 회사인 Keegans를 지정했으며, 이 업체는 주요 건물의 벽돌 벽과 석조 확장부의 U-값을 측정하기 위해 BTS의 Heat3D 기술에 투자했습니다.
결과는 놀라웠습니다. 벽의 U-값은 가정한 것보다 훨씬 더 낮았습니다[더 우수했습니다]. 예를 들어, 주벽(표면 마감 처리가 된 통벽돌)에 대해 예측된 U-값은 1.7W/m2K였습니다. 실제 측정값은 0.8W/m2K에 불과하여 예상보다 약 53% 더 우수했습니다. 마찬가지로 증축부의 13세기 페어페이스 석조 벽에 대한 예측값은 2W/m2K였지만 실제 값은 0.9W/m2K로 55%의 차이가 났습니다.
U-값(및 공기 투과율)을 더 정확하게 측정함으로써 건축 감리사는 고객에게 연간 에너지 비용에 대한 더 정밀한 추정치를 제공할 수 있습니다. 웨스트민스터 사원의 Deanery의 경우, 실제 측정에 기반한 교정된 모델은 연간 에너지 비용에 대해 16% 더 정확한 값을 제공했으며, 이는 예측 절감액에서 1,000파운드 이상의 재정적 차이에 해당합니다. 이는 단지 건물 하나에 대한 것입니다. 웨스트민스터 사원은 이제 건물 전체에 유사한 테스트를 적용할 계획입니다.
결정적으로, 이 통찰력을 통해 웨스트민스터 사원은 측정 결과 불필요한 것으로 확인된 내부 단열재 설치와 비교할 때 2차 이중창, 더 나은 난방 제어, 표적 통풍 방지와 같은 업그레이드에 투자하는 것이 비용 효율적이면서도 충분한 옵션임을 확신할 수 있었습니다.
"이는 본질적으로 관리팀이 Deanery의 역사적 무결성을 손상시키지 않고 효율성을 높일 수 있게 해주었습니다"라고 Luke Smith는 설명합니다. "이 데이터가 없었다면 비용이 많이 들고 방해 요소가 많으며 불필요한 변경을 쉽게 권장했을 것입니다. 화려한 내부 패널, 코니스, 스커트, 장식적인 석조 외관 때문에 단열재 설치 후 건물의 구조를 개조하는 데만 수만 파운드의 비용이 들 수 있었습니다."
Heat3D는 맞춤형 하드웨어와 iOS 앱을 사용하여 U-값을 계산합니다. iPhone 또는 iPad와 같은 모바일 기기를 삼각대에 장착하고, 여기에 휴대용 Flir One® Pro 카메라를 연결한 후 약 2m 거리에서 벽을 향하게 합니다.
시스템의 절대온도 판독값의 정밀도를 극대화하기 위해, 카메라 촬영 범위 내에서 벽에 기대어 있는 모노포드에 두 개의 교정 대상을 매달아 둡니다. 하나는 0.1°C까지 정밀한 블루투스 센서가 통합된 (무광택) 흑체 온도 대상입니다. 이는 카메라가 감지할 수 있는 대량의 픽셀을 나타낼 수 있을 만큼 충분한 크기입니다. 두 번째는 복사 온도 대상(등방성 반사체)으로, 벽 표면이 실내의 다른 곳에서 받을 수 있는 복사 온도를 나타냅니다.
Flir One® Pro는 1시간 동안 1분마다 적외선 이미지를 촬영합니다. 이러한 측정값을 사용하여 앱은 외벽의 전체 내부 표면에서의 열 전달을 계산합니다. 열 손실의 정량화뿐만 아니라 열교나 결함의 식별을 가능하게 하여 후속 조치를 촉진하는 3D 열 전달 맵을 생성합니다.
이러한 완전히 독특한 상용 기술의 이점은 기존 열유속 플레이트 방법과 비교할 때 광범위합니다. 그 이점에는 15분 이내의 빠른 설정, 센서 분리 가능성 없음, 훨씬 더 넓은 벽 구간에 걸친 열 손실 측정, 1시간 내에 결과 확인 가능, 모든 데이터가 BTS의 온라인 클라우드에 업로드되어 진단 및 데이터 분석을 위해 안전하게 저장 등이 있습니다.
"건물 요소의 열 흐름과 U-값을 측정하는 이 저렴하고 신속하며 건물을 훼손하지 않는 방법을 통해 건축 감리사는 조사 비용을 절반 이상 줄일 수 있습니다."라고 Luke Smith는 말합니다. "열유속 방법은 2주에 걸쳐 최소 두 번 방문해야 하는 반면, 이 방법은 현장을 한 번만 방문하여 쉽게 조사를 완료할 수 있습니다. 또한 Heat3D의 가격이 우리가 제공하는 열유속 플레이트 시스템보다 약 20% 저렴하다는 점도 주목할 가치가 있습니다."
Heat3D는 정량적 적외선 열화상 측정 기술에 대한 수년간의 연구와 실제 테스트의 산물입니다. Heat3D와 열유속 플레이트 방법 간의 500개가 넘는 측정 비교를 포함하는 광범위한 검증 작업은 이 기술이 견고하고 반복 가능하다는 것을 증명합니다. 연구의 대부분은 Salford University의 Energy House 시설 및 National Physical Laboratory와 같은 평판이 좋은 UK 파트너와 함께 수행되었습니다. 초기부터 Flir One® Pro를 기반으로 개발이 진행되었습니다.
"Apple [증강 현실] ARKit의 사용이 우리 프로젝트에 도움이 되었기 때문에 iOS를 선택했습니다"라고 Luke Smith는 설명합니다. "결과적으로 Flir Mobile SDK를 통해 iOS 개발자는 Flir의 열화상 및 감지 기능을 활용하는 앱을 만들 수 있습니다. 이로 인해 우리는 Flir 기술을 사용하게 되었으며, 이는 우리가 매우 기쁘게 유지하고 있는 파트너십입니다."
이 신기술의 잠재력은 진정으로 방대합니다. Heat3D는 문화유산 자산의 전유물이 아니라 신축 자산에도 이상적이며, 주택이 건축업자가 지정한 열 성능을 충족하는지 확인합니다. Heat3D 적외선 열화상 키트 및 관련 교육은 사후 서비스 및 교정도 제공하는 BTS에서 구매할 수 있습니다.
