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과제기본정보

허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 실용화 기술개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 국토교통기술사업화지원 과제번호 21TBIP-C161724-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 개발
과제명 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 실용화 기술개발
주관연구기관 동신패널(주)
총괄연구 책임자 성명 이성진
소속 동신패널(주) 직위 소장
전화번호 02-6465-8121 FAX 02-534-0484
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 360,000,000 22,000,000 184,000,000 206,000,000 566,000,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ● 본 제안의 궁극적 목표는 특허명 “에어로겔 임베디드 콘크리트 조성물 및 이를 이용한 에어로겔 임베디드 콘크리트 제조방법” 및 “열메타 임베디드 고단열 판넬”에서 핵심기술인 고단열 콘크리트와 메타구조를 이용한 프리캐스트 (precast, PC) 판넬의 접합설계 기술을 추가 개발하여 제로 에너지 건축물용 불연급 단열기술로서 실용화하는 것임.
● 초기에 개발된 고단열 콘크리트와 불연급 메타구조를 이용한 PC 판넬은 내하중 1등급의 높은 휨 저항성과 낮은 0.05 W/m·K 이하의 열전도율의 성능을 확보함. 개발 기술의 국제 최고 수준에서 실용화를 위해서는 효율적인 PC 판넬 시공상세, 개구부 위치에서 PC 판넬의 최적 연결상세, 그리고 판넬간의 접합부에서 열교제어 등의 실용적 추가 연구개발이 필요함.
● 더불어, PC 판넬 자체의 열관류율 평가결과를 바탕으로 건축물의 에너지 효율성의 평가 및 접합부 상세를 고려한 PC 판넬의 구조적 안전성(사용성, 내력 및 연성 등)을 평가함으로서 기술인증(국토교통부 건설신기술)을 위한 다양한 인프라가 구축될 필요가 있음.
최종목표 - 이 연구의 최종목표는 허니콤 메타 구조를 이용한 제로 에너지 건축물용 고단열·불연급 친환경 PC 판넬 제품의 기술개발 및 상용화임(그림 2.1). 이를 위한 주요목표는 다음과 같음.
① 불연급 메타구조 제조 및 설계기술 확립
② 메타구조를 이용한 PC 판넬의 설계기술 확립: 열교제어 및 내풍과 내충격성을 고려한 판넬 접합기술
- 세부 목표
▶ 핵심개발 1. 허니콤 메타 구조의 최적화
▶ 핵심개발 2. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 불연성 및 연소제로 성능 확보기술
▶ 핵심개발 3. 열교현상 및 내하중 1등급을 고려한 최적의 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬 접합부의 설계기술
▶ 핵심개발 4. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 구조적 안전성 확보기술
▶ 핵심개발 5. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 현장 테스트 베드
▶ 핵심개발 6. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 제조, 설계 및 시공가이드 지침 개발
▶ 핵심개발 7. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 신기술 보고서 제시
-기술의 성과물
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 시험 성적서
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 시제품
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 제조, 설계 및 시공 가이드라인
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 신기술 인증 추진을 위한 보고서
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 국내 및 국제 특허
-상용화를 위한 평가지표
▶ 열관류율: 0.15 W/m2·K 이하
▶ 난연성능: 불연등급 및 연소제로
▶ 내하중: 1등급
▶ 풍하중에 대한 구조적 안전성: 1 kPa 이상(KBC 2016 기준; 풍속 24 m/s, 노풍도 C, 중요도 I, 높이 40 m)
▶ 내충격성: 잔류 변형량 5 mm 이하
▶ 시공성: 기존 PC 판넬의 접합공정 대비 10% 시공속도 감축
▶ 경제성: 기존 PC 판넬의 공사비(재료비 및 시공비)의 10% 절감
▶ 현장적용 건수: 2건 이상
연구내용 및 범위 (1) 1단계(2021 ~ 2022년)
① 개발 목표
● 주관연구기관(동신패널(주)): 핵심개발 2와 4를 중점적으로 수행할 계획임.
→ 고단열 PC 판넬의 시장현황 및 시장진입 리스크 분석
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 접합 구성 재료들의 역학적 특성 평가
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 열관류율 평가
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 난연성능 및 연소성능 평가
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 접합상세에 따른 휨 성능 평가
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬과 기초의 접합부의 반복횡하중 성능평가
● 공동연구기관(아이에스동서(주)): 주관기관과 핵심개발 2와 4를 중점적으로 수행할 계획임.
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 양생의 최적화
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 성능평가용 실험체의 제작
● 위탁연구기관(경기대학교): 핵심개발 1과 3을 중점적으로 수행하며, 핵심개발 2와 4에서 수행된 실험결과를 분석할 계획임.
→ 허니콤 메타 구조의 최적화 및 허니콤 메타 기반 고단열 PC 판넬의 단면 상세 제시
→ 열교현상을 고려한 허니콤 메타 기반 고단열 PC 판넬의 접합 상세 개발
→ 허니콤 메타 기반 고단열 PC 판넬의 접합 상세에 따른 휨 거동과 기초의 접합부의 반복횡하중 거동에 대한 결과분석
→ 허니콤 메타 기반 고단열 PC 판넬의 접합부의 안전성 검토(내하중 및 풍하중 설계측면)
→ 허니콤 메타 기반 고단열 PC 판넬이 적용된 구조물의 에너지 효율성 평가

(2) 2단계(2023년)
① 개발 목표
● 주관연구기관(동신패널(주)): 1단계의 핵심개발 2 및 4와 연계하여 핵심개발 5를 중점적으로 수행할 계획임.
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 내충격성 평가
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 시공성 평가
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 현장 시범 적용
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 대량생산 체제구축 및 사업화 모델 제시
● 공동연구기관(아이에스동서(주)): 주관기관과 함께 핵심개발 5를 중점적으로 수행할 계획임.
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 시제품 제작
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 생산라인 최적화
● 위탁연구기관(경기대학교): 1단계 핵심개발 1~4와 주관기관 및 공동기관에서 수행하는 핵심개발 5를 연계하여 핵심개발 6과 7을 중점적으로 수행할 계획임.
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 내충격성 평가의 결과분석
→ 구조물의 에너지 효율성 향상을 위한 제안기술의 상세 분석
→ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 설계 및 시공 가이드라인 제시
→ 제안기술의 신기술 인증을 위한 신기술 보고서 제시
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 ● 주관연구기관(동신패널(주)) 및 공동연구기관(아이에스동서(주))

→ 핵심개발 2. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 불연성능 확보 기술
☞ 불연등급 및 연소제로 성능 확보

→ 핵심개발 4. 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 구조적 안전성 확보기술
☞ 접합방법에 따른 휨 성능 실험을 통한 내하중 1등급 확보
☞ 기초와의 접합에서 반복횡하중 실험을 통한 1 kPa 이상의 풍하중 저항성 확보
☞ 외부 충격에 대한 안전성 확보를 위한 5 mm 이하의 잔류 변형량 수준의 내충격성 확보

● 위탁연구기관(경기대학교)

→ 핵심개발 1. 허니콤 메타 구조의 최적화
☞ 0.04 W/m·K 수준의 열전도율의 확보

→ 핵심개발 3. 열교현상 및 내하중 1등급을 고려한 최적의 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬 접합부의 설계 기술
☞ 열교현상 제어를 통한 0.15 W/m2·K 수준의 열관류율의 확보



● 주관연구기관(동신패널(주))

? 시장현황 및 시장진입 리스크 분석
- 고단열 PC 판넬의 시장현황 조사
- 고단열 PC 판넬에 대한 기존 연구 및 특허기술 조사
- 관련 특허 분석 및 향후 기술 특허맵 분석

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 접합 구성재료들의 역학적 특성 평가
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬에서 접합상세 제작
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬 접합 재료들의 역학적 특성 평가
(항복강도, 인장강도, 탄성계수 및 응력-변형률 관계)

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 접합상세에 따른 휨 성능 실험
- 접합방법에 따른 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 휨 성능 실험
(주요변수 : 접합방법, 매립 깊이, 볼팅 개수 등)

● 공동연구기관(아이에스동서(주))

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬에서 양생 최적화
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬에서 양생의 최적화
(주요변수 : 양생온도 및 시간, 그리고 양생방법 등)

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 실험체의 제작
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 제작
(휨 실험용 PC 판넬 제작)

● 위탁연구기관(경기대학교)

? 허니콤 메타 구조의 최적화
- 허니콤 메타 구조의 최적화
(허니콤 메타 구조의 셀크기, 두께의 결정)
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 단면제시
(불연등급 확보를 위한 탄소계열의 라이네이트를 이용한 허니콤 메타 구조체의 제작 상세)

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 접합상세 개발
- PC 판넬간의 수평 및 수직간의 접합방법 제시
- 개구부에서의 PC 판넬의 접합상세 제시
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬 접합 재료들의 역학적 특성 분석

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 접합부의 안전성 검토
- 접합방법에 따른 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 휨 성능 실험의 분석
(사용성, 내력 및 연성)
- 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 내력등급평가 및 설계기준과의 비교

? 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬이 적용된 구조물의 에너지 효율성 평가
- 시뮬레이션에 의한 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 적용에 따른 실내 온습도 변화의 평가
- 기존 기술과의 비교를 통한 온열환경 개선 효과 평가
- 실내 결로 발생 가능성 및 공조 설비에 의한 에너지 사용량 분석
연구성과 기술적 기대성과 기술의 성과

▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 시험 성적서
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 시제품
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 제조, 설계 및 시공 가이드라인
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 신기술 인증 추진을 위한 보고서
▶ 허니콤 메타 기반 고단열·불연급 친환경 PC 판넬의 국내 및 국제 특허

상용화를 위한 평가지표

▶ 열관류율: 0.15 W/m2·K 이하
▶ 난연성능: 불연등급 및 연소제로
▶ 내하중: 1등급
▶ 풍하중에 대한 구조적 안전성: 1 kPa 이상(KBC 2016 기준; 풍속 24 m/s, 노풍도 C, 중요도 I, 높이 40 m)
▶ 내충격성: 잔류 변형량 5 mm 이하
▶ 시공성: 기존 PC 판넬의 접합공정 대비 10% 시공속도 감축
▶ 경제성: 기존 PC 판넬의 공사비(재료비 및 시공비)의 10% 절감
▶ 현장적용 건수: 2건 이상
사회 경제적 파급효과 ▶ 기술적 측면
- 무기계 PC 판넬의 열전도율의 한계를 극복하면서 열교현상을 고려한 시공공정의 개발로 세계 최고 수준의 PC 판넬 제조 기술
- 세계 최초로 허니콤 메타 소재, 기포 및 경량골재의 융합연구를 통한 건축물 에너지 절감에 대한 원천기술 확보 및 국제 기술의 선도
- 에너지 절감에 대한 사회적 문제에 대응하면서 건축물의 에너지 사용 효율성을 향상시켜 사회적 비용을 절감할 수 있는 국가 공공복지 기술
- 유기계 기반 단열재의 화재의 문제점을 해결하고 재난 상황에 대응할 수 있는 안전성의 확보
- 건설 신재료·신기술 등의 국가 건설기술 브랜드 창출에 기여
- 정부의 그린 뉴딜 정책 및 제로에너지 건축물 인증 확대에 선도 기술
▶ 사회적?경제적 측면
- 기존 무기계 판넬 보다 단열 효과가 우수하여 건축물의 열 손실을 약 30% 이상의 감축으로 냉·난방을 위한 건축물의 에너지 절감을 통해 약 6,000억원 이상의 경제적 효과
- 기존 유기단열재 시장의 약 5%를 본 제안 기술로 대체시 약 200억원 수준의 시장점유가 가능하며, 특히 난연성능 수준의 강화(준불연 이상 요구)에 따른 무기단열재의 적용이 확산됨에 따라 그 규모는 더욱 증가할 것으로 기대됨.
▶ 정책적 측면
- 화재에 의한 확산방지 및 유독가스가 전혀 방출되지 않은 불연등급을 확보한 무기계 기반의 PC 판넬이므로 유기계 기반 단열재의 화재 피해에 대한 정부정책 현안에 부합한 기술임.
- 건축물의 에너지 소비의 효율에 직접적인 영향을 미치는 단열성능에 관한 기술로서 국토교통부의 10대 중점 기술 중 녹색건축에 가장 부합함.
- 건축물의 에너지 소비의 효율에 직접적인 영향을 미치는 단열성능에 관한 기술로서 정부의 그린 뉴딜정책의 제로에너지 건축물을 실현 가능케할 수 있는 제품임.
활용방안 활용계획
- 준불연등급 이상이 요구되는 건축물의 내·외벽 단열재
- 모바일 주택의 외단열재로 활용
- 고단열 성능을 요구하는 패시브하우스 및 돔하우스
- 샌드위치 판넬을 대체

기술 수요처
● 제안기술은 건축물의 에너지 효율성을 높일 수 있는 건축 재료이며, 기술의 수요처는 건축물의 내·외벽 단열재 분야임.
● 에너지 효율성이 우수한 패시브 하우스나 돔하우스에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이러한 구조물들은 외기에 직접적인 노출이 불가피하므로 고단열성을 갖는 본 제안기술의 적용이 가능할 것으로 판단됨(그림 4.1).
● 제안기술의 높은 단열성 및 무기계 구조는 내화충전물 및 내화 구조체로의 적용이 가능함.
● 2022년부터 시행되는 정부의 단계적인 단열재 심재를 유기계에서 무기계 재료로의 전환 정책으로 모든 건축물의 외벽에서 무기계 기반의 단열재로의 사용이 불가피하므로 본 제안기술은 정부정책에 부합한 제품으로 활용될 가능성이 높음.

기술의 포지셔닝
● 제안기술의 경쟁우위는 허니콤 메타 소재와 단열 콘크리트 기술을 융합하는 차별성과 실용화를 위한 PC 판넬 제조기술의 확장을 통한 경쟁력 강화임.
● 차별성 측면에서는 불연등급을 확보하면서 열관류율이 0.15 W/m2·K를 만족하는 PC 판넬의 단면상세 설계와 열관류율을 고려한 접합상세 기술임.
● 혁신성 측면에서는 허니콤 메타 소재, 기포 및 경량골재 콘크리트를 융합한 새로운 개념의 판넬 제품임.
● 주관기관에서 보유하고 있는 판넬의 대량생산 시스템과 영업망으로 단열재 또는 판넬시장에 손쉬운 접근이 가능하며, 수출의 기대효과도 큼.

기술인증 및 실용화 방안
● 이 연구를 통해 얻어진 학술적·실용적 측면의 결과물들은 건설 신기술 추진이나 실제 적용된 건축물의 제로에너지 인증에 활용될 예정임.
● 제품성능 및 가격경쟁력의 차별화를 고려하여 본 기술의 시장점유율 확대를 위한 사업화 전략을 구축할 예정임.
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 허니콤 메타 PC 판넬 불연급 고단열 단열콘크리트
영문 Honeycomb meta PC panel Nonflammable class High performance of insulation Insulation concrete
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