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과제기본정보

열에너지 조절 가능한 일반 건축용 창호시스템 개발2년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 09CCTI-B050263-02
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설시공 재료 | 달리 분류되지 않는 건설시공 재료 적용분야 에너지
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 응용
과제명 열에너지 조절 가능한 일반 건축용 창호시스템 개발
주관연구기관 전자부품연구원
총괄연구 책임자 성명 장세홍
소속 한국전자기술연구원 직위 박사
기관 대표번호 032-789-7162 FAX 032-621-2866
총 연구기간 2008-07-30 ~ 2013-06-10
당해연도 연구기간 2009-05-30 ~ 2010-05-29

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
2차년도 1,641,000,000 180,200,000 368,900,000 549,100,000 2,190,100,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 o 국내 건물부문의 에너지소비량은 국가 총에너지 소비량의 약 25% 정도로 연간 약 17조원을 상회하는 에너지비용이 소모되고 있으며 지속적인 증가 추세에 있음.
- 창호는 벽체에 비해 8~10배 이상 낮은 단열특성을 가지기 때문에 창호를 통한 열손실량은 전체 건물 열손실량의 20~45%를 차지할 정도를 심각함.
- 창호 열성능 2배 향상 시 건물에너지 절감율 30% 달성할 수 있을 것이나, 건물 외피에 대한 창면적 비의 증가로 에너지성능 향상에 큰 장애요인 부각되고 있음.
- 주거용 건물의 발코니 확장 합법화로 창면적의 증대 및 열적 완충공간의 감소 에 따른 결로 발생 문제가 심각한 수준임.
- 창문의 결로 방지를 위한 투명 발열체 및 발열체의 에너지원을 PV로 연계하는 개발기술이 상용화 될 경우, 파급 효과와 보급률이 매우 높을 것으로 예상됨.
o 종래의 창호기술개발은 설계 및 구조변경 등 간접적인 방식으로 접근하였으며, 소재개발 및 타 분야 기술과의 융.복합을 통한 시너지효과를 창출할 수 있는 새로운 대체기술 개발은 미미한 실정임.
o 따라서 나노기술 접목을 통해 현재의 창호가 직면한 낮은 단열효율에 대한 직접적 해결방안 제시는 물론 전혀 새로운 기능을 부가함으로서 파괴적 개념의 새로운 창호 개발이 필요함.
최종목표 본 연구과제의 최종 목표는 나노코팅기술을 이용한 일반 건축용 에너지 조절 창호 시스템을 개발하는 것으로 고 단열성 유지, 냉방부하 절감, 자가발전, 결로 방지 등 다양한 기능이 용도에 따라 융합될 수 있는 차세대형 창호 개발임. 이를 위해서 다음과 같은 세부 기술들의 목표가 같이 완성되는 형태를 가짐.
□ 멀티나노코팅 고 단열 창호시스템 개발 및 시스템 통합
(온도 가변형 차세대 적외선 차단 소재 개발 포함)
□ 창호용 See-Through 타입 나노구조 태양전지 개발
□ CNT를 이용한 결로 방지용 투명 발열체 개발
□ 열에너지 조절가능한 다기능성 창호시스템 성능평가 및 표준매뉴얼 개발
연구내용 및 범위 o 본 연구과제를 통해 고단열성 유지, 냉방부하 절감, 자가발전, 결로 방지 등 다양한 기능성이 용도에 따라 융합될 수 있는 에너지 조절형 차세대 다기능성 창호시스템을 개발할 것이며, 핵심개발기술인 에너지 절감을 위한 고효율 로이유리 개발, 에너지 생산을 위한 창호용 See-Through 타입 나노구조 태양전지 개발, 실내 환경 오염 방지를 위한 탄소나노튜브를 이용한 결로 방지용 투명 발열체 개발, 에너지 절감형 온도 가변형 적외선 차단 소재 개발, 열에너지 조절형 다기능 창호시스템의 상용화 연구 등으로 구성되어 있음.
o 에너지 절감을 위한 고효율 로이유리 개발
- 열관류율이 1.4 이하이고, 차폐계수는 0.40이하인 고 투과/고 단열 멀티나노코팅기술 개발을 진행함.
- 내구성 향상을 위한 멀티나노코팅 소재 개발을 진행함.
- 멀티나노코팅 유리 고 기밀성 접합기술
o 에너지 생산을 위한 창호용 See-Through 타입 나노구조 태양전지 개발 핵심기술
- 모듈 광변환 효율이 8% 이상인 고효율 태양전지 제조기술 확립
- 투과율이 12% 이상인 고 투과성 태양전지 제조기술 확립
o 실내 환경 오염 방지를 위한 CNT를 이용한 결로 방지용 투명 발열체 개발 핵심기술
- 냉방부하 절감 및 결로 방지를 위한 발열유리 개발
- 저전력 소모용 탄소나노튜브 발열체 개발
- 고 투과성 탄소나노튜브 발열체 개발
o 에너지 절감형 온도 가변형 적외선 차단 소재 개발 핵심기술
- 온도에 따른 적외선 차단 특성이 변하는 소재 개발 및 박막 증착 기술 개발
- 근적외선의 차단/반사율이 높은 재료 개발 및 박막 증착 기술 개발
o 열에너지 조절형 다기능 창호시스템의 상용화를 위한 핵심 융합 기술
- 고효율 로이유리의 내구성 향상 및 에너지절감효과 극대화 방안 기술개발
- 박막형 투명 태양전지를 구성한 유리의 물성 특성 및 에너지 성능평가 개발
- 결로 방지용 투명전극을 구성한 다기능 창호시스템의 최적화 기술개발
- 온도 가변형 IR 차단용 유리의 물성 특성 및 에너지 성능평가 개발
o 1차년도에는 고 단열/ 고 차폐 기능성 코팅막 목표 선정 및 특성 평가를 완료하며, glass 텍스처링 기술개발 및 단위 셀을 제작하고 평가하며, 투명 발열체 제조용 탄소나노튜브 기술 개발을 하며, VO2 박막 증착조건 최적화 및 특성평가를 실시하고, 고성능, 다기능 창호시스템의 에너지 및 환경 성능평가를 실시함.
o 2차년도에는 내구성 개선 소재별 적합성 및 특성 평가를 완료하며, 실리콘 제막 기술 개선 및 투명 전도막 기술 개발을 통한 단위 셀 효율 개선하며, 투명발열체용 탄소나노튜브 복합체 개발 및 면상 발열체 제조 기술 개발을 하며, Dopant 첨가된 VO2 박막 증착 기술 개발을 실시하고, 열에너지 조절가능한 다기능성 창호시스템 환경 성능평가 및 보급 활성화를 위한 표준 메뉴얼 개발을 실시함.
o 3차년도에는 멀티나노코팅 고 단열 창호시제품 생산을 위한 양산 recipe 확립을 완료하며, See-Through타입 나노구조 태양전지 모듈 제작을 통한 나노박막 최적구조 확립과 투과율 조절을 위한 공정기술 개발을 하며, 투명도가 향상된 CNT 발열체 개발 및 기판과의 접착력 개선 개발을 하며, 온도 가변형 적외선 차단소재 연구에서는 고성능 온도 가변형 적외선 차단 재료 개발을 실시하고, 열에너지 조절 가능 다기능 창호시스템 성능 평가용 프로토타입 설계, 제작 및 지원 제도, 정책 개발을 실시함.
o 4차년도에는 복층유리 구성을 위한 부자재 최적화 연구 및 시제품 평가 완료하며, 적층형 태양전지 모듈 효율개선 및 유리 접합기술을 확보하고, 저항 변화형 CNT 투명 발열체를 개발을 하며, 고성능 온도가변형 적외선 차단 coating 유리의 실용화를 위한 기반 연구를 실시하고, 열에너지 조절 가능 다기능성 창호시스템에 대한 상용화 기술 보완 및 개선을 실시함.
o 5차년도에는 각 세부과제별 결과를 통합하여 열에너지조절 가능한 지능형 창호시스템 시제품 제작 및 평가, 고성능, 다기능 창호시스템의 지원 제도 및 정책 등을 개발하며, 고성능, 다기능 창호시스템 Test bed를 통한 실용화 검증 및 종합성능평가를 진행함.
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
2차년도 표준 메뉴얼 확보 및 멀티나노구조 증착기술 최적화
- 다층박막 증착 기술 및 박막 내구성 향상 기술 개발을 통한 성능 개선과 창틀 1차 설계안 확정
- 일반창유리 기판위에 박막 증착하는 기술 개발
- 실리콘 제막 기술 개선 및 전극층 기술 개발을 통한 단위 셀 효율 개선
- CNT 복합체 개발 및 발열체 제조 기술 개발
- 에너지, 환경 성능평가 및 보급 활성화를 위한 표준메뉴얼 개발 		* 다층박막 증착 기술 및 박막 내구성 향상 기술 개발을 통한 성능 개선과 창틀 1차 설계안 확정
- 가시광투과율 : ≥ 60% (24mm 복층 기준)
- 차폐계수 : ≤ 0.40
- 열관류율 : ≤ 1.5W/m2.K
- 내습성 : △Enbs(색상차) : ≤ 1.5 / 0.4mm pin-hole : ≤ 3EA
- 내스크래치성 : 스크래치 폭 : ≤ 10μm
* 일반창유리 기판위에 박막 증착하는 기술 개발
- Dopant 첨가된 VO2 박막 증착 및 특성 분석
- 상전이 온도 제어
- 적외선 투과율 제어
* 실리콘 제막 기술 개선 및 전극층 기술 개발을 통한 단위 셀 효율 개선
- 투과율 : ≥ 70% (@ 400~800 nm)
- 전기전도도 : ≥ 1x103 Ω-1㎝-1
- 셀 변환효율 : ≥ 10 %
* CNT 복합체 개발 및 발열체 제조 기술 개발
- 고분자 기지내 CNT 분산 기술 개발
- 복합재에 적합한 CNT 소재의 최적 분말 개발
- CNT-복합재의 물리화학적 특성평가
- 후처리 공정기술 개발
* 에너지, 환경 성능평가 및 보급 활성화를 위한 표준메뉴얼 개발
- 고단열 창호의 단열 및 에너지 성능 평가
- 창호용 단위 셀 태양전지 성능 평가
- CNT 발열체의 결로 방지 성능 평가
- Dopant 변화된 SMT의 단열 및 에너지 성능 평가
- 단열스페이서 재료 및 단면, 형상 등 최적화 설계/제작
연구성과 기술적 기대성과 o 멀티나노코팅 적용 고효율 창호시스템 제조기술 확보
- 고효율 창호시스템의 핵심기술인 다층박막 설계 및 제조기술, 복층
부자재의 최적화 설계기술 확립
- 코팅기술의 해외 의존도 감소
o 기존유리의 단열성능 및 내구성 향상
- 기존 로이유리 적용 복층유리의 열관류율 1.7W/m2.K 대비 본 연구
개발을 통한 멀티나노코팅 적용 복층유리의 열관류율 1.4W/m2.K로
단열성능 개선
- 기존 로이유리의 낮은 내구성으로 가공, 장기보관 및 유통에 제약적
이었으나 내습성 및 내스크래치성의 혁신적 개선
o 고효율 박막 태양전지 핵심기술 확보
- 기존의 See-Through 태양전지 효율 4~5%에서 8%이상으로 100%
이상 향상
- 기존의 See-Through 태양전지 투과도 10 %에서 12 %이상으로
20% 향상
o 투명 면상 발열체 핵심기술 확보
o 고성능 온도 가변형 적외선 차단 재료 핵심기술 확보
사회 경제적 파급효과 o 신축 및 리모델링 건물에 적용 시 30% 에너지 절감효과 창출
o 복층유리를 멀티나노코팅 창호로 대체 시 약 700억원/년, 전체가구의
30% 대체 시 6,000억원/년 의 난방비용 절감
o 2020년 누적 설치된 박막 태양전지량 2.1 GW 에너지를 발전하여
연간 3,000억 이상의 에너지 절감 효과
o 에너지 스타 마크 등 해외 에너지강화 기준 선도
o 신규 산업 네트워크 구축에 따른 고용인력 창출
o 국가 에너지 및 지구 환경부하 저감을 위한 실천적 대응방안 마련
활용방안 o 신축 및 리모델링 건축물의 고효율 창호시스템으로 활용
o 상업용 및 주거용, 주상복합 건물의 냉난방 부하를 줄이기 위해 적용
o 난방, 성에 제거 및 결로 방지가 필요한 곳에 활용
o 에너지 공급원이라는 새로운 개념의 창호로 활용
o 자동차, 항공기 등의 유리창이 있는 곳에 적용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 고투과/고단열 멀티나노코팅유리 나노태양전지유리창 투명발열유리창 온도가변형 적외선차단 코팅 유리창 유리창에 대면적 박막형성기술
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최종보고서
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최종보고서 열에너지조절가능한일반건축용창호시스템개발_20130610.pdf   다운로드

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