R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C129710-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 현장적용이 가능한 0.008W/mK급 초고단열 외피용 금속진공단열패널 개발을 위한 기초원천기술개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-04-01 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김봉주 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
6명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 공주대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 건축물의 에너지 소비에서 가장 높은 비중을 차지하는 것은 약 40% 이상을 차지하고 있는 냉난방 부하이다. 이러한 냉난방 부하를 줄이기 위해 사용되는 것이 단열재이며 단열재의 선택은 건축물 에너지 효율을 향상시키는 것에 있어 매우 중요함. 건축분야의 단열재 중 국내에서 널리 사용되고 있는 유기계 단열재는 화재에 대한 문제점과 단열효과 상승을 위해 단열재의 두께를 증가하여 실내사용공간이 줄어드는 등의 다양한 문제가 발생될 수 있음. 따라서 이러한 문제점의 해결을 위한 새로운 단열재 개발이 요구되고 있음. 현재 주목받는 재료로는 에어로젤과 진공단열재이다. 에어로젤은 형상유지와 가공에 대한 어려움, 높은 비용 등으로 현재 일부 전자제품 분야에만 사용되고 있으며 현재로서 건축물에 적용된 경우는 없는 실정임. ○ 진공단열재는 글라스울이나 흄드실리카 등의 심재를 사용하고 알루미늄 및 특수비닐 등으로 감싸주어 진공을 형성하여 사용됨. 이러한 진공단열재는 사용에 따라 진공압력 저하로 인한 단열성능 상실문제가 발생하고 있고, 또한 건축물에 적용할 경우, 고가의 단열재 가격, 단열재의 보관 및 시공의 어려움으로 인한 시공비용 증가, 시공 시 내·외부 마감 등을 위한 추가비용 발생 등의 문제가 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 진공단열재의 외피를 알루미늄박, 비닐류와 같은 연약재질에서 금속재질로, 심재의 경우는 강성을 가진 고체로의 변화가 필요하며, 외부에는 지속적으로 진공압력을 유지 관리할 수 있는 진공밸브 등을 설치하는 등 기존 진공단열재를 문제를 해결하는 새로운 개념의 진공단열재의 개발이 요구됨. ○ 기존의 진공단열재는 초기 단열 성능이 약 0.004W/mk로 우수하나 지속적인 유지에 대한 어려움이 발생하고 있음. 단열재의 외피는 알루미늄 박판(알루미늄 증착함)이 8um정도로 얇아 시간이 경과됨에 따라 박판을 통한 가스 및 수분이 투과할 우려가 있으며 진공단열재의 밀봉 기술 및 취급에 의한 어려움이 발생되고 있음. 또한 내부의 심재는 유리면을 사용하고 시간경과에 따라 수분 및 가스가 발생하여 이를 흡착하기 위해 게터를 사용하지만, 게터의 한계를 넘게 될 경우 진공압력이 점점 저하하여 진공 상태의 유지가 어려움. 또한 진공단열 패널의 설치 후 추가적인 외부마감의 시공에 의하여 진공상태를 지속적으로 검토 및 유지 관리하는 것이 어려우며, 진공을 초기 상태로 복원하는 것은 불가능함. ○ 따라서 진공단열재의 외피는 금속계 재질로 적용하고, 심재를 무기질재료로 구성할 경우 기존 진공단열재의 1차적인 문제점의 해결이 가능함. 2차적으로 진공압력의 유지보수를 위한 방법으로 외피의 진공상태를 확인하는 것과 시간경과에 따른 진공압력 저하를 복구하기 위한 유지보수용 진공 밸브를 설치하여 기존의 진공단열재 문제를 해결하고자 함. 또한 개발되는 진공단열재의 경우, 별도의 외부마감의 시공이 필요하지 않아 시공과정에서의 손상과, 추가공정에 따른 공사기간이 소요되지 않아 다양한 분야에 적용이 가능할 것으로 예상됨. [최종목표] 건축분야에 적용 가능한 진공단열재 개발 및 기타 발생 가능한 제반사항에 대한 자료제공을 목적으로 하는 기초원천연구임. 1. 금속재를 이용한 0.008W/mk의 성능을 갖는 진공단열패널 개발 2. 금속패널 사이의 공간을 형성할 채움재의 원천기술개발(진공하 가스발생최소화 재료) 3. 금속패널의 진공도를 유지하기 위한 밀폐 원천기술개발 4. 금속진공단열패널의 시공 후 유지보수를 위한 이동식 진공펌프 개발 5. 내외장 일체화로 마감공정을 줄일 수 있는 커튼월용 건식패널 및 구법개발 [연구내용 및 범위] 패시브하우스(Passive house)는 냉ㆍ난방을 위한 최대부하가 1m2당 10W 이하인 에너지 절약형 건축물을 말하며, 기존 국내단열기준의 약 3배를 강화한 0.15W/mk의 열전도율을 충족시켜야 하고, 제로에너지 하우스(Zero energy house)의 경우 이보다 더욱 강화된 0.008W/mk의 열전도율에 도달해야 함. 1) 금속재를 이용한0.008W/mk의 성능을 갖는 진공단열패널 개발 : 금속패널의 재질 및 표면 처리, 패널의 형상 등과 같은 조건변화에 따른 물리적ㆍ화학적 상태변화 검토(분석) : 금속재 패널의 진공 압력 수치 변화에 따른 물리적ㆍ화학적 상태변화 검토(분석) 2) 금속패널 사이의 공간을 형성할 채움재의 원천기술개발(진공하 가스발생최소화 재료) : 금속재 패널의 내부 무기질 심재개발을 위한 기초 실험 수행 3) 금속패널의 진공도를 유지하기 위한 밀폐 원천기술개발 : 금속진공단열패널에서 발생 가능한 이음부위와 접합부의 마감재로 사용 가능한 실링재(Sealing compound material)역학적 안정성 검토 4) 금속진공단열패널의 시공 후 유지보수를 위한 이동식 진공펌프 개발 5) 내외장 일체화로 마감공정을 줄일 수 있는 커튼월용 건식패널 및 구법개발 1. 현재 보급되는 단열재의 현황(진공단열재 포함) 파악 및 단열 공법 현황 파악 - 현재 건축물에 사용되는 단열재의 종류 파악 - 단열재의 종류별 특징과 단열성능에 대한 검토 및 분석 - 단열재의 시공 공법 및 단열시스템 현황 파악 2. 필요 열전도율(0.008W/mK)에 비례하는 진공압력 결정 - 진공관련 논문 및 문헌의 검토 - 유사 특허와 관련 된 내용 파악을 통한 연구개발 압력선정 반영 3. 진공압력에 의한 패널 재료의 선정, 사이즈 및 규격의 산정 - 진공도에 따른 패널 규격 산정 : 금속재 커튼월의 기본유닛 사이즈(세로 3.3~3.6 / 가로 1.2~2.4)를 기본으로 함 : 금속판의 간격, 금속판의 두께, 금속판의 가로세로 형상 크기 - 패널 규격에 적합한 패널 재료 평가 및 결정 : 휨강도, 각종 강도, 내구성, 열전도율, 온도에 다른 팽창계수 등 - 각종 기밀성 재료에 대한 검토와 금속패널간의 접착방법, 금속패널의 형상 유지를 위한 재료선정 : 패널의 테두리 마감을 위한 기밀성 밀폐재의 분석 및 검토(선정) : 형상유지를 위한 내부 심재 적용 가능 재료 리스트 작성 및 검토(선정) 4. 진공펌프-패널 사이의 연결부위 압력손실 방지를 위한 연결밸브 개발 - 금속진공단열패널-진공펌프 연결부위의 진공압력 손실방지를 위한 연결철물 개발 : 기존 밸브의 형태를 참고하여 금속진공단열 패널에 적용 가능한 디자인 설계 : 차후 진공압력 유지보수를 위한 개폐의 편리성 및 진공압력 보존이 가능한 설계 : 패널과의 연결부위 접합을 위한 디테일 디자인 설계 |
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| 색인어 | 한글 | 채움재 | 진공 | 금속패널 | 초고단열 | 밀폐 |
| 영문 | Filler | Vacuum | Metal panel | Ultra high insulation | Seal | |
| 최종보고서 | 01. 최종보고서 수정안.pdf | |||||