구조용 절연 패널

Structural insulated panel
SIP는 일반적으로 폴리스티렌으로 만든 폼코어 주위에 OSB 패널이 끼워져 있습니다.

구조 절연 패널 또는 구조 절연 패널(SIP)은 건설 산업에서 사용되는 샌드위치 패널의 한 형태입니다.

SIP는 건축자재로 사용되는 구조용 보드의 두 층 사이에 끼워진 견고한 코어의 절연층으로 구성된 샌드위치 구조 복합체입니다.보드는 판금, 합판, 시멘트, 산화마그네슘 보드(MgO) 또는 방향성 스트랜드 보드(OSB)이며, 코어는 확장 폴리스틸렌 폼(EPS), 압출 폴리스틸렌 폼(XPS), 폴리이소시아누레이트 폼, 폴리우레탄 폼 또는 복합 벌집(HSC) 중 하나입니다.

SIP는 I빔 또는 I컬럼과 동일한 구조적 특성을 공유합니다.SIP의 견고한 절연 코어는 웹 역할을 하며 피복부는 플랜지의 기능을 수행합니다.SIP는 스터드 및 장대, 단열재, 증기 장벽 및 공기 장벽과 같은 기존 건물의 여러 구성 요소를 결합합니다.외벽, 지붕, 바닥 및 기초 시스템 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

역사

EPS 코어 구조 절연 패널을 갖춘 표준 OSB

폼 코어 패널은 1970년대에 주목을 받았지만, 1930년대에 건설에 응력 스킨 패널을 사용하는 발상이 시작되었습니다.이 기술의 연구와 테스트는 주로 위스콘신주 매디슨에 있는 산림 제품 연구소에 의해 산림 자원을 보존하려는 미국 산림청의 시도의 일환으로 이루어졌다.1937년, 스트레스 피부로 된 작은 집이 지어졌고 영부인 엘리노어 루즈벨트가 이 집을 헌정하기 위해 충분한 관심을 끌었다.이러한 패널 구조의 내구성에 대한 증거로, 이는 혹독한 위스콘신 기후를 견뎌냈고 1998년까지 위스콘신 대학 매디슨에 의해 새로운 약학 학교 건물을 짓기 위해 철거될 때까지 탁아소로 사용되었습니다.응력 스킨 패널이 성공함에 따라 더 강한 스킨이 모든 구조적 하중을 견디고 프레임을 완전히 제거할 수 있다고 제안되었습니다.

따라서 1947년 골판지 코어가 합판, 강화 하드보드 및 처리된 판지로 이루어진 다양한 피부 재료로 테스트되었을 때 구조 절연 패널 개발이 시작되었습니다.이 건물은 1978년에 해체되었고, 실외 노출에 적합하지 않은 판지를 제외하고는 대부분의 패널이 원래의 강도를 유지했다.폴리스티렌 심과 합판 가죽을 덧댄 종이로 구성된 패널은 1967년 건물에서 사용되었으며, 오늘날까지 좋은 성능을 발휘하고 있다.

SIP 시스템은 1965년부터 1984년까지 캘리포니아주 산타 폴라의 Woods Constructors에 의해 가정과 아파트에서 사용되었습니다.이 작업은 John Thomas Woods, Paul Flather Woods, John David Woods 및 Frederick Thomas Woods가 1989년 4월 4일 발행된 모듈러 주택용 기초 양식(미국 특허 #4817353)을 특허하기 위해 유사한 개념을 사용했을 때 기초가 되었습니다.Santa Paula, Fillmore, Palm Springs 및 주변 지역의 많은 주택에서 SIP를 주요 건축 방법으로 사용합니다.이 설계는 당시 ICBO와 SBCI(현재는 ICC)로부터 승인을 받았다.

자재

SIP는 일반적으로 확장 폴리스티렌(EPS), 압출 폴리스티렌(XPS) 또는 견고한 폴리우레탄 폼으로 이루어진 폼 코어 주위에 끼인 OSB 패널로 제조됩니다.OSB 교체에는 합판, 하급 기초벽용 압력처리 합판, 강철,[1] 알루미늄, 하디배커 등의 시멘트 보드, 스테인리스강, 섬유강화플라스틱, 산화마그네슘 등의 외래 재료도 사용할 수 있습니다.일부 SIP에서는 패널에는 파이버시멘트 또는 합판을 사용하고 코어에는 밀짚 등의 농업용 섬유를 사용합니다.

SIP의 세 번째 컴포넌트는 SIP 간의 스플라인 또는 커넥터 피스입니다.치수 목재가 일반적으로 사용되지만 열 브리징을 생성하고 절연 값을 낮춥니다.스플라인을 통해 더 높은 절연 값을 유지하기 위해 제조업체는 절연 목재, 복합 스플라인, 기계 잠금 장치, 중첩 OSB 패널 또는 기타 창의적인 방법을 사용합니다.선택한 방법에 따라 표면이 완전히 못박히거나 구조 강도가 높아지는 등의 다른 이점이 있을 수 있습니다.

제조 방법

SIP는 대부분의 경우 기존 공장에서 제조됩니다.처리장비는 압력과 열을 균일하고 일관된 방식으로 조절하기 위해 사용됩니다.SIP 코어에 사용되는 재료에 대응하는 처리방법은 크게 두 가지가 있습니다.폴리스티렌 코어가 있는 패널을 제조할 때 접착제가 침투하여 완전히 굳어지도록 하려면 압력과 열이 모두 필요합니다.여러 가지 종류가 있지만 일반적으로 폼 코어를 먼저 접착제로 덮고 피부를 제자리에 고정합니다.세 조각은 대형 클램프 장치로 설정되며 압력과 열이 가해집니다.접착제가 경화될 때까지 클램핑 장치에 세 조각이 남아 있어야 합니다.

폴리우레탄 코어 압력과 열은 모두 발포 공정에서 발포 팽창으로 발생합니다.스킨은 금형 역할을 하는 대형 클램핑 장치에 세팅됩니다.액체 폴리우레탄 물질이 장치로 흘러들어가도록 피부를 서로 떨어뜨려야 합니다.일단 장치에 들어가면 거품이 올라오기 시작합니다.금형/프레스는 일반적으로 화학 발포에서 발생하는 열과 압력을 견딜 수 있도록 구성되어 있습니다.SIP는 약간 경화되도록 금형/프레스 안에 그대로 두고 제거해도 며칠 동안 경화가 계속됩니다.

최근까지 두 프로세스 모두 공장 출하시 설정이 필요했습니다.단, 최근의 진보에 따라 SIP를 현장에서 제조할 수 있는 SIP 처리기기의 대안이 제시되고 있습니다.이 기술은 온실가스를 줄이고 주택의 지속가능성을 개선하는데 가장 적합하지만 이용할 수 없는 개발도상국의 건설업자들에게는 반가운 소식이다.

장점과 단점

SIP를 사용하면 기존 프레임 건물에 비해 많은 장점과 단점이 있습니다.

SIP의 비용은 미국에서 동등한 골조 건물의 재료보다 높지만, 다른 곳에서는 그렇지 않을 수 있습니다.SIP를 사용하여 잘 지은 주택은 건물 외피가 더 촘촘해지고 벽의 단열성이 높아져 외풍이 적고 운영 비용이 절감됩니다.또한 SIP의 표준화된 올인원 특성으로 인해 건설 시간이 프레임홈보다 단축될 수 있을 뿐만 아니라 필요한 작업자 수도 줄어듭니다.패널은 바닥, 벽 및 지붕으로 사용할 수 있으며, 바닥으로 사용할 경우 아래 절연되지 않은 공간 위에 사용할 때 특히 유용합니다.그 결과, SIP 건축물의 총 수명 주기 비용은 일반적으로 기존 골조 건축물의 총 수명 주기 비용보다 40%나 낮아집니다.총 건설 비용(자재 및 인건비)이 기존 골조보다 낮은지 여부는 현지 노동 조건과 건물 설계가 어느 한 가지 또는 다른 기술에 최적화되는 정도를 포함한 상황에 따라 달라지는 것으로 보인다.

OSB 스킨 시스템은 구조적으로 기존의 스틱 프레임 구조를 능가하는 경우가 있습니다.주로 축방향 부하 강도입니다.SIP는 커스텀 디자인을 도입할 때 프레임으로 된 집을 고정하는 것과 같은 범용성을 유지합니다.또한 SIP는 프레임, 단열 및 외부 피복으로 기능하며 특정 작업에 대해 공장에서 미리 절단할 수 있기 때문에 외부 건물 엔벨로프를 매우 빠르게 구축할 수 있습니다.또한 SIP 패널은 가볍고 컴팩트한 경향이 있어 오프사이트 구축에 도움이 됩니다.게다가 SIP의 환경 퍼포먼스는 뛰어난 단열재로 매우 우수합니다.또한 압축 수축 및 냉간 브리징과 같은 목재 및 기존 건축 [2]자재와는 비교할 수 없는 습기와 냉간 문제에 대한 내성을 제공합니다.

실험실 조건에서 테스트한 경우 벽, 기초, 바닥 또는 지붕 시스템에 포함된 SIP는 정상 상태(공기 침투 없음) 환경에 설치됩니다. 섬유 유리 단열재를 내장한 시스템은 습기를 제거하기 위해 환기가 필요하므로 정상 상태 환경에는 설치되지 않습니다.

강철과 같은 구조용 금속을 제외한 모든 구조 재료는 시간이 지남에 따라 기어다닌다.SIP의 경우 EPS 또는 폴리우레탄 폼 코어를 가진 OSB 대면 SIP의 크리프 잠재성이 연구되어 크리프 설계 권장사항이 존재합니다.[3][4]비전통적인 면 및 코어 재료를 사용하는 장기적인 효과는 크리프 설계 값을 정량화하기 위해 재료별 테스트가 필요합니다.

치수 및 특성

미국에서 SIP의 사이즈는 폭이 4피트(1.22m)에서 24피트(7.32m) 사이즈가 되는 경향이 있습니다.다른 곳에서는 일반적인 제품 치수가 폭 300, 600 또는 1,200mm, 길이 2.4, 2.7 및 3m이며, 지붕 SIP는 최대 6m입니다.섹션이 작을수록 운반과 취급이 용이하지만 가능한 한 큰 패널을 사용하면 최적의 단열 건물이 됩니다.15-20 kg/m에서2 긴 패널은 크레인 없이 취급하기 어려울 수 있으며 이는 비용과 현장 제한으로 인해 고려해야 할 사항이다.또한 특별한 상황에서 필요할 경우 긴 지붕 스팬과 같이 더 긴 스팬이 요구될 수 있습니다.미국의 일반적인 패널 높이는 8피트 또는 9피트(2.44~2.75m)입니다.패널은 두께가 4~12인치이며 대략적인 비용은 미국에서 [5]피트당2 4~6달러입니다. 2010년 4분기에는 반지름, 사인 곡선, 아치 및 관형 SIP를 형성하는 새로운 방법이 상용화되었습니다.특수 형상의 성형과 경화에는 커스텀 특성과 기술적인 어려움이 있기 때문에 가격은 보통 [6]피트당 표준 패널의 3~4배입니다.

EPS는 사용되는 거품 중 가장 흔하며 R-값(열저항)은 약 4°F·ft2·h/B입니다.두께 25mm당 TU(약 0.7K·m2/W에 해당)로 4.5인치 두께(110mm) 패널의 3.5인치(89mm) 폼에 13.8의 R 값을 제공합니다(주의: 대부분의 재료의 비선형 열 특성 때문에 R 값을 추정하는 것이 부정확할 수 있습니다).액면가로는 R-13의 파이버글라스 배트에 필적하지만 표준 스틱프레임 하우스에서는 콜드 브릿지로 기능하는 낮은 R값의 목재를 포함한 벽이 상당히 많기 때문에 R-13.8 SIP 벽의 열성능이 크게 향상됩니다.

SIP 가정의 공기 밀폐 기능을 통해 환경보호청의 Energy Star 프로그램은 가정의 공기 누출을 평가하기 위해 일반적으로 필요한 블로워 도어 테스트 대신 검사 프로토콜을 확립했습니다.이를 통해 프로세스의 속도를 높이고 건설자/주택 소유자의 비용을 절감할 수 있습니다.

표준화 및 설계

조립식 모듈러 주택 건설 (시간 경과 비디오는 여기를 클릭)

국제 건축 법규는 APA, 합판 설계 사양 4 - SIP [7]설계를 위한 합판 샌드위치 패널 설계 및 제조를 참조하고 있습니다.이 문서에서는 SIP의 기본적인 엔지니어링 메커니즘에 대해 설명하지만 특정 제조사가 제공하는 패널의 설계 속성은 제공하지 않습니다.2007년 OSB가 직면한 SIP에 대한 규범적 설계 조항이 2006년 국제 거주 법규에 처음 도입되었다.이러한 규정에서는 벽 패널로서의 SIP 사용에 관한 가이던스를 제공합니다.

이러한 비독점적 표준 외에 SIP 업계는 독점적 코드 평가 보고서에 크게 의존해 왔습니다.2009년 초, SIPA는 제3자 제품 평가 인증 기관인 ICC NTA, LLC와 제휴하여 모든 SIPA 회원이 이용할 수 있는 최초의 산업 전반의 코드 보고서를 작성했습니다.이전 코드 보고서와 달리 SIPA 코드 보고서에 제시된 규정 조항은 설계 전문가가 코드 [4][8]보고서에서 다루지 않은 부하 조건을 고려할 수 있도록 하는 엔지니어링 설계 방법론에서 도출되었습니다.

레퍼런스

  1. ^ 엔지니어링 및 아키텍처 설계 가이드라인.pdf
  2. ^ "Structural Insulated Panels Green Modular". Green Modular. Retrieved 2016-04-19.
  3. ^ Taylor, S.B, Manbeck, H.B, Janowiac, J.J. Hiltunum, D.R. "구조절연패널(SIP) 굴곡크립 편향 모델링." J. Structural Engineering, 제123권, 제12호, 1997년 12월
  4. ^ a b 3NTA IM 14 TIP 01, Engineered Design Guide Using NTA Listing Report Data.주식회사 NTA내파니, 2009년 3월 19일, 12페이지.
  5. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2011-04-30. Retrieved 2011-01-14.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 복사(링크)
  6. ^ "Cowley Timber & Partners - Construction Timber, Beams & Cladding". Cowley Timber + Partners.
  7. ^ APA. 합판 설계 사양서 부록 4: 합판 샌드위치 패널 설계 및 제작.문서 U814-H.1990년 3월
  8. ^ SIPA 웹사이트의 Wayback Machine SIPA 코드리포트 요건에서의 SIPA 코드리포트 Archived 2009-06-20

외부 링크