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R&D최종보고서

연구과제 상세정보
과제고유번호 201616CTAP-C078014-03
연구사업명 국토교통기술촉진연구사업
연구과제명 도시열섬현상 저감을 위한 PCM(Phase Change Material) Cool Roof System의 적용기술 개발
총 연구기간 2014-07-18 ~ 2017-07-17
연구책임자 박진철
당해년도
참여 연구원수
4명 총 연구기간
참여 연구원수
11명
당해년도
연구비
정부 : 250,000,000 원
기업 : 84,000,000 원
계 : 334,000,000 원
총연구비 정부 : 750,000,000 원
기업 : 252,000,000 원
계 : 1,002,000,000 원
연구기관명 중앙대학교산학협력단
등록 발간번호 11-1613000-001941-01
ISBN 978-89-7207-874-6
주요 내용 ○최근 온실가스의 급격한 증가에 따라 도시에 열섬현상을 초래하여 돌연승온현상이 발생되어 도시환경의 질적저하 현상을 가져옴 특히, 건물 밀도가 높은 도시 지역의 경우 지붕면의 열흡수 및 방사 현상으로 열섬현상을 초래하여 이에 대한 대책 마련이 필요함
○기존에 열섬현상 저감방안으로 옥상녹화방안이 제시되어 있으나, 옥상녹화는 하중에 대한 문제, 배수 및 방수에 의한 문제 등으로 인하여 기존 건축물에 적용하기에는 한계가 있다. 또한, 기존 Cool Roof System은 태양복사에너지 반사에 초점이 맞추어져 있어 난방에너지를 고려하지 못하는 한계를 가지고 있음
○또한 기존 PCM재료로는 다양한 온도변화에 대응하기 어렵고 특히, 건물옥상에 적용된 전례가 없음
○따라서, 본 연구에서는 플레이트형식의 PCM을 특히, 약 30도내외의 온도를 유지 하는“Cool Roof System” 제품을 개발하여 건물옥상에 적용시켜 에너지절감과 도시열섬현상저하 효과 그리고 궁극적으로 온실가스저감효과를 얻고자 함

[최종목표]
○ 본 연구에서는 도시열섬현상을 해결하기 위한 방안으로서 상변화물질(PCM)을 플레이트형태의 시제품을 개발하여 특히, 약 30도내외의 온도를 유지하는“Cool Roof System” 에 적용하는 방안을 제시하고자 함
○본 연구의 최종결과물 PCM Cool Roof System은 플레이트형태의 경량구조로 설치와 유지관리가 용이하여 신축과 기존건물 모두 적용이 가능
○ 특히, 건물의 냉방부하변동의 대처가 용이하여 지붕단열효과에 뛰어난 제품으로 궁극적으로 건물에너지절감과 온실가스저감효과를 기대할 수 있음

[연구내용 및 범위]
○ Cool Roof System의 환경성능 및 보급기술 검토
- 도시의 건물을 대상으로 PCM을 활용한 Cool Roof System의 보급을 위해 국내외 연구자료 및 시공사례를 조사하여 각 시스템별 DB자료를 수집하고 PCM Cool Roof System의 성능 및 특성을 분석함
- Cool Roof 정의 및 제품 조사
- PCM Cool Roof System의 정의

○옥상 마감유형별 표면온도 실태 조사
- 인공환경실험실 구축 후 하절기 표준일을 설정하여 기존 마감유형인 우레탄 방수마감, 몰탈 마감, 쿨페인트, PCM 타일의 표면온도 측정
- 동절기 외기 조건에서의 모니터링 실시
- 표준건물 및 도시 유형 설정 및 이에 따른 적용 가능 범위 조사

○ PCM 축열플레이트의 적용기술 및 요소기술 검토
- 문헌조사 및 PCM의 열적성능을 평가하고 PCM의 열적 거동을 분석함
- 상안정 PCM type과 Cool Roof System간의 호환성 분석
- 마감재 및 색상에 따른 열적 거동 분석

○ PCM을 이용한 축열 플레이트 개발
- PCM Cool Roof System으로 적용하기 적합한 상안정 PCM type을 선정하고 이에 대한 축열성능 분석
- 열분석 장비를 통해 상안정 PCM의 열적 물리적 성능 평가
- MPCM 기반 축열 도료 마감재 개발
- PCM의 대용량 적용을 위한 Packing type PCM 개발
- Cool Roof System적용을 위한 상안정 PCM 제조

○ PCM Cool Roof System 시작품 개발
- Cool Roof System의 특성에 따른 실내 열적 특성 및 PCM의 특성을 고려한 PCM Cool Roof System 개발
- 마감 유형 및 구성요소 변경을 통한 시공성 및 내구성 향상 모색
- 축열성능 향상 방안 연구


○ 축소모형실험과 시뮬레이션 분석을 통한 적용가이드라인 설정
- 축소모형(Scale-Model)은 전형적인 사무소건물을 대상으로 하여 지붕의 재료를 다양하게 변화시킴으로써 지붕표면온도와 실내온도분포를 측정함
- 축소모형에 의한 성능분석 자료를 통하여 Computer Simulation의 타당성을 검증한 후, 다양한 건물의 유형과 지붕의 형태 및 Cool Roof 재료를 대상으로 하는 Simulation을 실시함
- Test-bed를 선정하고 현장 적용 후 모니터링을 실시하여 PCM Cool Roof System의 성능 및 타당성 검증

○ 축열성능과 냉방에너지 저감량에 따른 가이드라인 제시함
- 개별 건물과 도심 적용 시 냉방에너지 저감 효과 및 도시열섬현상 저감 효과 분석을 통해 개발 시스템의 환경성능 검증
- 시스템 적용 범위에 따른 열섬현상 저감 성능 분석
색인어 한글 도시열섬현상 상변화물질 축열플레이트 냉방피크부하 저감 에너지 절약
영문 rban Heat Island Phase Change Material Thermal Plate Cooling peak load mitigation Energy saving
최종보고서 1.최종보고서.pdf
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