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과제현황 목록

과제기본정보

철근콘크리트 건축물의 열교부위 열류량을 40%이상 저감 가능한 제로에너지건축용 단열구조체의 상용화 기술개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 22TBIP-C155780-03
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | 노심 핵설계 기술 | None 실용화대상여부 실용화
3순위 전기·전자 | None | None 과제유형 개발
과제명 철근콘크리트 건축물의 열교부위 열류량을 40%이상 저감 가능한 제로에너지건축용 단열구조체의 상용화 기술개발
주관연구기관 주식회사정양SG
총괄연구 책임자 성명 유영종
소속 주식회사정양SG 직위 연구소장
전화번호 041-852-3319 FAX 041-854-3468
총 연구기간 2020-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2022-01-01 ~ 2022-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
3차년도 440,000,000 29,400,000 264,600,000 294,000,000 734,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 국토교통부는 건물부분의 에너지절약 및 국가 온실가스 감축목표 달성에 앞장서고 새로운 미래가치 창출을 위하여 제로에너지건축을 국토부의 7대 혁신기술에 포함시킴. 정부는 제로에너지 건축을 확산·구현하기 위하여 ‘20년부터 연면적 1천m² 이상의 공공건축물을 제로에너지건축으로 의무화하였음. 이외에도 아파트 단지, 단독주택, 도서관, 학교, 공공청사 등 다양한 유형의 제로에너지건축 적용사업을 시행 중이며 지속적으로 확대 보급하여 제로에너지 건축의 민간 활용을 촉진하고 있음. 2019년 국토교통부 업무계획 보도자료, 국토교통부, 2019.03.07

- 제로에너지건축은 소비하는 에너지와 자체적으로 발전하는 에너지를 합산하였을 때, 최종적으로 에너지 소비량이 0(ZERO)가 되는 건축물을 말함. 즉, 에너지 자립형 건축물이 가능하게 하기 위하여 고성능 외벽단열, 열교 차단, 고성능 3중 창호, 고기밀 시공, 열회수 환기장치등의 ‘패시브(passive) 요소’를 통해 냉·난방 에너지 사용량 최소화하고, 태양광이나 지열 등의 ‘액티브(Active) 요소’로 신재생 에너지를 건축물에 공급함.

- 따라서 에너지를 생산하는 데는 한계가 있으므로 제로에너지건축의 구현을 위해서는 단열성능 강화와 열교차단 공법을 적용하여 건물의 에너지부하를 줄이는 것이 중요하며, 이를 통해 전기료, 냉·난방비 등을 동일규모의 기존 주택 대비 약 65%의 에너지 절감이 가능함.

- 건축물에서 발생하는 열교를 차단하지 않으면 건축물의 에너지성능이 급격히 저하되기 때문에 제로에너지건축의 실현을 위해서는 열교차단재 제품 및 관련 공법이 반드시 적용되어야 함.
- 그러나 제로에너지건축의 실제 시공사례를 통해 자재선정에서 열교차단재 제품에 대한 상세한 이해가 부족하고 외국기업의 제품에 대한 납품의존도가 높다는 문제가 있음. 노원구 제로에너지주택단지(EZ house)에도 열교차단제품으로 독일제품인 isokorb가 외부발코니 부위에 적용되었는데 국외에서 수입한 제품을 적용함으로써 높은 단가로 공사비가 올라가고 제품을 배송 받을 때도 오랜 시간이 걸렸으며 공사 중 발생한 문제에도 대응이 느려 공사에 어려움을 겪었음. 따라서 우리 실정에 맞는 열교차단 제품의 국산화를 통해 공사비용을 낮추고 자재에 대한 정확한 이해와 시공기술이 뒷받침되는 제품의 개발 및 보급이 시급함.
- 또한, 친환경, 웰빙, 건강 등에 대한 일반인들의 관심이 높아짐에 따라 쾌적한 거주환경에 대한 요구가 높아지고 있음. 고단열 시스템으로 갈수록 열교가 발생하면 결로·곰팡이가 더 심각해져 유해한 주거환경을 만들게 되므로 열교방지제품을 건축물에 적용하여 에너지절감뿐만 아니라 ‘쾌적한 공간’ 조성의 적합한 시기임.
최종목표 최종개발 목표 : 철근콘크리트 건축물의 열교부위 열류량을 40%이상 저감 가능한 제로에너지건축용 단열구조체의 상용화 기술개발

1) 1차년도 : 외단열 발코니용 단열구조체 시제품개발
2) 2차년도 : 내단열 외벽-내벽 수평 접합부용 단열구조체 시제품 개발
3) 3차년도 : 내단열 외벽-슬라브 수직 접합부 단열구조체 시제품 개발

전체 과제의 최종목표는 철근콘크리트 건축물의 열교부위 열류량을 40% 이상 저감 가능한 제로에너지건축용 단열구조체의 상용화 기술개발이며 공동연구기관인 KCL에서는 콘크리트 구조체 내부에 삽입되어 단열이 연속시공되도록 하는 단열구조체 개발 제품의 에너지 및 구조역학적 성능을 평가함.
- 1차년도 외단열용 시제품(1) 개발 및 실증시험 수행
- 2차년도 내단열용 시제품(2) 개발 및 실증시험, 파일럿 테스트 수행
- 3차년도 내단열용 시제품(3) 개발 및 실증시험, 파일럿 테스트 수행
연구내용 및 범위 1) 1차년도 : 외단열 발코니용 단열구조체 시제품 개발
- 단열구조체의 요소기술 개발
- 외단열 발코니 단열 구조체의 시제품 개발
- 외단열 발코니용 단열구조체 성능평가

2)2차년도 : 내단열 외벽-내벽 수평 접합부용 단열구조체 시제품 개발
-내단열 외벽-내벽 수직 접합부용 단열구조체 설계 및 시뮬레이션
-내단열 외벽-내벽 단열구조체 성능평가
-외단열 발코니용 단열구조체 Pilot Test & Test bed 평가
-내단열 외벽-내벽 수직접합부 단열구조체 구조설계

3)3차년도 : 내단열 외벽-슬래브 수평 접합부용 단열구조체 시제품 개발
-내단열 외벽-슬래브 단열 구조체 성능평가
-Pilot test 및 Test bed 평가 : 실규모 시험체의 실증결로성능평가
-내단열 외벽-슬래브 단열구조체 구조설계
A-1) 외단열 발코니용 단열구조체 설계 및 시뮬레이션
- 일반 모듈과 내진 모듈을 분리하여 제품 개발 예정이며 두 타입의 모듈을 조합하여 제품을 배열할 예정임. 시제품은 실물테스트 수행 전 시뮬레이션을 통해 성능 평가할 예정임.
- 열성능 평가 툴로는 ISO 10211표준에 근거한 Physibel 社의 TRISCO을 적용하는 것이 가장 적절할 것으로 조사되었는데, 이는 TRISCO가 불투명 외피 구조 분석을 위한 다각적인 접근이 가능하여 공동주택 및 빌딩 구조에 최적하다고 평가되기 때문임.

A-2) 발코니 단열구조체의 요소별 세부 설계 및 제작
1 단열요소
개발
● 단열요소는 단열구조체 부피의 90%이상으로 단열 소재 선정이 중요함
● 친환경성(친환경 발포제, 재활용 가능) 및 우수한 단열성과 특수형상 성형이 가능한 소재로 비드법 단열재를 사용
● 특수형상 개발을 위해서 단열요소의 형상설계 및 성형 모듈 제작
2
인장/
전단요소
개발
● 인장 및 전단요소의 구조적 안정성을 유지하면서 단열성을 증대시키기 위해서 이형철근과 SUS 근을 용접하는 방법 적용 (철근 열전도율 50W/m.K, SUS근 열전도율 15W/m.K)
● 이형 SUS근은 수입제품으로 원가를 높이는 요인 임. 따라서 본 개발에서는 원가경쟁력 확보를 위해서 국내에서 생산되는 SUS환봉을 적용할 예정. SUS환봉 사용으로 예상되는 구조적 안정성에 대해서는 구조 시뮬레이션을 통해서 설계적으로 해결 예정임
● 용접은 용접 강도와 재현성이 탁월한 Flash butt 용접방법을 개발예정임.
● 본 개발에서는 원가 경쟁력 확보를 위해서 용접기술 안정화 및 신뢰성 확보를 위한 기술개발을 진행
● 발코니의 부하 용량에 따른 인장요소 사양(철근의 지름, 배열)을 구조 설계 및 시뮬레이션 등을 통해서 최적화 개발 진행함
● 전단요소의 전단력 강화와 현장 시공성 등을 고려해서 전단요소의 형상에 대한 다양한 시뮬레이션을 통해서 최적화 개발 진행

3
압축요소
개발
● 압축요소는 발코니의 하중에 의해 발생하는 압축력을 견디도록 설계
● 적합한 소재로는 압축강도가 기존 콘크리트보다 높은 초고성능콘크리트(UHPC)를 사용
● UHPC의 조성 및 양생 기술개발을 통해서 연차별로 압축강도를 증대시킬 예정임.
● UHPC보다 압축강도가 유사하면서 단열성이 좋은 엔지니어링 플라스틱을 적용하여 압 축요소를 개발 (UHPC 열전도율 1~2W/m·k, 엔지니어링 플라스틱 열전도율 0.2~0.15 W/m·K)
● 내화 Test를 통해서 시제품 적용 평가를 진행
● 발코니의 부하 용량에 따라 단열구조체의 구조 설계 및 단열 설계를 바탕으로 압축요소의 사양(모양, 단면적, 배열) 개발을 진행

4
화재안전
요소개발
● 내화 2시간 성능을 가지도록 화재 안전요소 사양 설계(재질, 크기 등)
● 소재로는 경량기포콘크리트(ALC)를 사용 예정
● 단열성 및 내수성 등을 Test 하여 최적의 재료사양 선정
● 안전요소 Cover는 플라스틱 소재(ABS, PE 등)로 화재 안전요소의 안정적 조립성 등을 고려하여 설계

<화재 안전요소는 내화소재인 ALC block과 안전요소 Cover로 구성>


(A-3) 발코니 단열구조체 최종 시제품 제작 및 평가
- 요소기술 적용한 단위 부품(인장, 전단, 압축, 화재방지 요소) 제작 및 특성 평가
- 단위 부품 조립 및 시험(단열, 구조, 내화)을 위한 시제품 제작
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 ■ 내단열 외벽-내벽 수직 접합부용 단열 구조체 개발
시제품(3), 2차년도 개발:
공동주택 외벽-슬래브 단열끊김 부위적용
■ 내단열 외벽-내벽 수직 접합부용 단열구조체 시제품(3) 개발
? 내단열 외벽-내벽 수직 접합부 단열구조체 설계 및 시뮬레이션
? 압축 및 인장요소 최적화
? 구조설계 및 시방서
? 외벽-내벽 수직 접합부 단열구조체 시제품 제작
? 외벽-내벽 수직 접합부 단열구조체 단위 시험체 제작
? 실증평가(Test bed)
연구성과 기술적 기대성과 ● 국내 기술력을 기반으로 국내 최초로 단열구조체 기술의 사업화를 통하여 해외기술에 의존하고 있는 국내 단열기술 수준을 세계적인 수준으로 한 단계 향상시킬 수 있고, 관련 기술의 확산을 통해 에너지 관련 업체들의 기술 수준 향상이 기대됨
사회 경제적 파급효과 ● 2020년부터 건축에너지 효율인증 기준이 강화되고 있으며, 이에 필요한 단열의 핵심기술을 본 연구과제를 통한 사업화로 해외제품 의존도를 획기적으로 낮추고, 국내 단열 관련 건설자재 시장의 규모가 확대될 것으로 기대됨
● 본 과제를 통해 개발한 제품이 건축물의 단열효율 증대로 인하여 에너지 소비 지출 감소(예, 아파트 난방비 등)를 통해 국민경제 활성화에 기여
● 건축물의 단열효율 증대로 건축물의 걸로 발생을 방지함으로써 국민건강 삶의 질을 향상에 기여
활용방안 국내 기술력을 기반으로 국내 최초로 단열구조체 기술의 사업화를 통하여 해외기술에 의존하고 있는 국내 단열기술 수준을 세계적인 수준으로 한 단계 향상시킬 수 있고, 관련 기술의 확산을 통해 에너지 관련 업체들의 기술 수준 향상이 기대됨
? 2020년부터 건축에너지 효율인증 기준이 강화되고 있으며, 이에 필요한 단열의 핵심기술을 본 연구과제를 통한 사업화로 해외제품 의존도를 획기적으로 낮추고, 국내 단열 관련 건설자재 시장의 규모가 확대될 것으로 기대됨
? 본 과제를 통해 개발한 제품이 건축물의 단열효율 증대로 인하여 에너지 소비 지출 감소(예, 아파트 난방비 등)를 통해 국민경제 활성화에 기여
? 건축물의 단열효율 증대로 건축물의 걸로 발생을 방지함으로써 국민건강 삶의 질을 향상에 기여
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 제로에너지건축 에너지효율 열교 단열구조체 열류량
영문 zero energy building efficient energy use thermal bridge thermal breaker heat flux
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