R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C152126-03 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 열전도도 0.046W/mK 이하의 완전 불연단열재와 노후주택 화재확산방지구조 On-site 시공기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2019-04-19 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 송훈 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
14명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 336,000,000 원 기업 : 112,000,000 원 계 : 448,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 600,000,000 원 기업 : 200,100,000 원 계 : 800,100,000 원 |
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| 연구기관명 | 한국세라믹기술원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 국내 노후주택 건축물의 단열성능 보강으로 외단열이 적용되는 사례가 증가하고 있으나 공사비 절감을 이유로 가격이 저렴한 가연성 EPS패널을 사용함. 하지만 화재발생시 건물의 외벽이 화재의 수직확산 통로가 되어 화재가 확산되어 다수의 인명 및 재산피해가 발생하고 있음. ○ 주거용 건축물의 외단열 마감은 대부분 중소규모이며, 정부에서 고시한 화재확산방지구조의 대상외로 건축물의 단열성능 확보와 유지관리 및 화재확산 방지를 위해 완전 불연단열재의 개발 및 이를 현장에서 시공할 수 있는 기술이 절실함. ○ 전체 주거용 건축물은 459만동 중 단독주택이 358만동, 다가구·다세대·연립주택 84만동, 아파트 13만동으로, 주거용 건축물 중 30년 이상 경과된 노후 주거용 건축물은 약 200만동으로 45%를 차지하며, 20년 이상을 포함하면 약 300만동으로 65%임. ○ 국내 노후주택은 제때 유지관리와 리모델링이 이루어지지 않아 30년이 채가기도 전에 재건축이 일반화됨으로써 선진국에 비하여 수명이 아주 짧고, 환경부담 및 사회적 비용이 큼. 노후주택의 경우, 약 40%는 벽체 등의 외피를 통한 에너지 손실이 발생하며 유기계 및 무기계 단열재를 활용한 단열시공을 이루어짐. ○ 건축물의 단열시스템은 EPS, PU 등의 유기소재나 글라스울, 미네랄울 등의 무기계 섬유류 소재가 주로 단열재로 사용되고 있음. 최근에는 의정부 도심형 생활주택이나 제천 스포츠센터 화재와 같이 대형 인명피해가 발생하고 유기계 소재의 화재안전성이 문제가 되어 준불연재료인 페놀폼이나 불연재료인 글라스울 등의 무기계 섬유소재가 유기계 소재를 대체하고 있음. ○ 주거용 건축물의 화재발생은 11,541건으로 총 화재발생의 약 27%를 차지하였고(단독주택 54%, 공동주택 43%) 사망피해의 63%가 발생함. 특히, 소규모 상점 밀집지역, 주택밀집 지역 등은 소방설비 미흡, 가연물의 인접, 노후된 전기설비, 다양한 가열, 전열 기구의 사용 등에 의한 화재 위험도가 높은 것으로 평가됨. 또한, 단열성능 확보를 위한 외벽 리모델링에 많이 적용되고 있는 드라이비트 공법에 사용되는 EPS 단열재(발포폴리스티렌)가 화재시 화재의 확산 및 유독가스 방출 등으로 화재 피해를 확대시킬 수 있는 위험성이 높음. ○ 국내 적용된 외단열 마감 건축물은 대부분 중소규모이며, 공사비 절감을 이유로 가격이 저렴한 가연성 EPS패널을 사용하여 화재발생시 건물의 외벽이 화재의 수직확산 통로가 되어 최근에는 준불연단열재 및 불연단열재의 사용을 권고하고 있는 실정임. ○ 국내 단열재 시장은 유기계 단열재가 75%, 무기계가 25%를 차지하고 있으며, 유기계 단열재는 강도가 낮아 비구조용으로만 사용되며 단열공사를 위해서는 추가적인 공정 발생함. 외장 마감재로의 유기단열재 사용은 화재발생 위험성 측면에서 문제점으로 대두되지만 가격이 저렴하여 대부분을 차지고 있음. 무기계 섬유류 단열소재는 불연단열재로 구분되지만 특성상 수분에 취약하여 뭉침이나 처짐 현상 등이 발생하여 단열효과가 떨어지고 건물 적용에 한계가 있음. ○ 무기계 단열소재는 제품 특성상 단독으로는 패널 형태로 가공하기 힘들 뿐만 아니라 내수성이 약하고, 여전히 단열성능이 유기 단열소재에 크게 못 미치고, 또한 무게가 무겁기 때문에 시공성이 나빠 문제점으로 지적되고 있음. 최근 밀도가 낮은 인공 경량소재(0.4~0.5 g/cm2)를 사용한 단열패널 제조에 대한 연구가 진행되었지만 단열패널의 열전도율이 0.15 W/mk 정도로 일반 유기계 단열소재 보다 여전히 성능이 많이 떨어짐. ○ 국내에서는 2010년부터 “건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙”에서 건축물의 마감재료 중 외벽에 사용하는 마감재료는 불연재료 또는 준불연재료를 사용하도록 하고 있으나, 외단열이 많이 사용되는 주택 및 중급 규모 건축물 등은 해당되지 않음. ○ 외벽 마감재 화재를 방지하기 위하여 중국의 경우 외벽 단열재에는 연소성능이 A급인 소재만 사용하도록 규정함. 독일의 경우도 외벽체 사용 단열재의 경우 높이에 따라 난연, 불연단열재를 사용하도록 규정함. ○ 국내는 물론 국외의 건축시장은 에너지 절감을 위한 그린홈 및 그린빌딩 시장의 확장이 빠르게 이루어지고 있음. 국토교통부에서는 2017년 패시브하우스, 2025년 제로에너지 주택 건설 의무화를 목표로 녹색건축물 조성지원법, 에너지절약 설계기준 등을 통해, 건축물의 에너지저감 대책을 강화하고 있어 외단열 시장의 확대가 예상됨. 특히 건축물의 지속가능(sustainable)을 위하여 기존 건축물의 리모델링 시장이 향후 커질 것으로 예상함. [최종목표] 열전도도 0.046W/mk 이하의 완전 불연단열재와 노후주택 화재확산방지구조 On-site 시공기술 개발 (1) 노후주택 화재확산방지구조 On-site 시공기술 개발 - 외벽 화재확산방지구조 화재저항성 30분 만족 - 화재확산방지구조 시스템의 기밀성 0.0183m3/min·m2 이하 - 화재확산방지구조 시스템의 수밀성 평가시 누수 없음 - 현장시공 및 현장배합 (현장 미세기포 제조 및 배합기 제작) (2) 열전도율 0.046 W/mK 이하의 현장시공 완전 불연단열재 개발 - 불연성능 : A1급 (DIN 4102, 국내등급 불연 대응) - 열전도율 : 0.046 W/mk이하 (국내 단열재 “다”급 대응) - 밀도 : 0.1~0.2 g/cm3 (초경량소재) - 현장시공 및 현장배합기술 열전도도 0.046W/mk 이하의 완전 불연단열재 및 화재확산방지 구조 현장시공 기술 (연구시작시) ○ 본 기술개발은 2개의 연구기관이 보유하고 있는 기술을 기반으로 상호 연계 및 보완을 통해 개발이 가능한 융합기술로서 개발기간은 33개월, 약 3년의 기간의 소요가 예상되며, 현재까지 진행된 불연단열재 및 현장시공기술 결과를 근거로 유사환경 시험 단계인 TRL 5단계로 설정함. 2개 기관의 연구개발 참여인력이 완전 불연단열재 및 이를 활용하기 위한 기포기 및 부품 개발을 진행하는 단계이며 실제 환경에서의 시작품을 제작할 수 있는 소요되는 기간을 고려하여 설정함. (연구종료시) ○ 노후 건축물의 화재확산방지구조의 시공은 가연성 외단열 공법의 증가에 따른 화재피해의 지속적인 발생에 따라 기술개발 요구가 증가하고 있음. 한편, 화재성능기준, 법 규정 등 제도적 기반이 이루어지지 않아 목표 성능값 설정에 어려움이 있지만 BS 규격의 KS 도입에 따라“건축물 외장 구성재에 대한 연소성능 시험 방법”이 정해짐. 따라서 예상되는 목표인 화재성능 30분 동안 외벽 구성재의 화염 전파 및 변형이 발생되지 않는 조건의 성능목표 및 달성수준을 고려하면 실제환경 데모 단계인 TRL 7단계가 적절함. [연구내용 및 범위] 1) 1차년도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(한국세라믹기술원):현장시공형 완전 불연단열재 배합 및 성능발현 - 공동연구기관(신일테크(주)):불연단열재 활용 외벽 현장시공기술 공정 검토 ② 개발 내용 및 범위 - 주관연구기관 (한국세라믹기술원) 단열재료 선정 및 적정성 평가 단열재료 배합설계 및 결합재 구성 방법 현장시공형 단열소재 단열 및 경량성능 확보기술 - 공동연구기관 (신일테크(주)) 불연단열재 활용 외단열 시공기술 검토 현장시공형 기포제조기 및 부품 검토 현장시공형 기포제조기 시공조건 및 현장적용성 검토 2) 2차년도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(한국세라믹기술원) : 현장시공형 완전 불연단열재 물성확보 기술 - 공동연구기관(신일테크(주)) : 외벽 현장시공기술 도출 및 외벽 단열시스템 적용 ② 개발 내용 및 범위 - 주관연구기관(한국세라믹기술원) 현장시공형 완전 불연단열재 최적 배합설계 단열소재 물성확보 기술(열전도율, 경량성 등) 단열소재 불연성능 확보기술 - 공동연구기관(신일테크(주)) 외벽 현장시공기술 시스템 도출 외벽 현장시공 시스템 및 시스템의 기밀성, 수밀성 확보방안 외벽 현장시공 외벽 마감 단열모르타르 물성확보 기술 3) 3차년도 ① 개발 목표 - 주관연구기관(한국세라믹기술원) : 현장시공형 불연단열재 현장적용성 및 물성확보 기술 - 공동연구기관(신일테크(주)) : 외벽 현장시공 시스템 성능확인 및 적용기술 ② 개발 내용 및 범위 - 주관연구기관(한국세라믹기술원) 현장시공형 불연단열재 적용 기술 개발 현장배합 단열성능 및 물성확보 기술 외벽 단열 시스템 현장 적용 기술 - 공동연구기관(신일테크(주)) 외벽 현장시공 기술개발 외벽 단열시스템 Mock-up 성능 확보 외벽 현장시공 시스템의 적용성 및 시공 매뉴얼 개발 |
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| 색인어 | 한글 | 외벽단열시스템 | 불연단열재 | 노후주택 | 화재 | 현장시공기술 |
| 영문 | External wall insulation system | Inorganic | Old house rehabilitation | Fire | On-site construction technology | |
| 최종보고서 | 1.최종보고서_최종본_20220221.pdf | |||||