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과제기본정보

호남권 발생 부산물을 활용한 등가열저항 0.5 K.m/W 이하 열교환용 되메움재 적용 지중 열교환기 및 송전선 매설 공법 개발1년차

사업개요
사업개요
사업명 국토교통지역혁신기술개발 과제번호 21RITD-C162543-01
국가과학표준분류 1순위 보건·의료 | None | None 적용분야 건설업
2순위 보건·의료 | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 원자력 | None | None 과제유형 개발
과제명 호남권 발생 부산물을 활용한 등가열저항 0.5 K.m/W 이하 열교환용 되메움재 적용 지중 열교환기 및 송전선 매설 공법 개발
주관연구기관 (주)케미우스코리아
총괄연구 책임자 성명 유용선
소속 (주)케미우스코리아 직위 대표이사
전화번호 031-752-1157 FAX 031-752-1158
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2023-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 비용
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 400,000,000 6,670,000 60,030,000 66,700,000 466,700,000
과제기본정보
연구개발개요 ○ 호남권 발생 부산물인 폐콘크리트(광주)와 광산폐석 및 제강슬래그(전남)를 굵은골재로 유효하게 적용한 지중열교환 및 송전선 매설용 고열전도·고유동성 되매움 공법 개발
- 호남권 발생 부산물을 70% 이상 사용한 등가열저항 0.5 K.m/W 이하 지중 열교환 되메움재의 개발 (프리팩트형 그라우트 공법 및 버림 콘크리트형 된배합)
- 배합 및 주입을 위한 장치의 개선
- 되메움재의 T/B 운영(2건) 및 지역 현장적용(1건)
- 송전선 매설 공사 및 지열시스템 되매움재 기술에 대한 시방서 작성 및 자문단 공증, 신규고용인력 고용
최종목표 ○ 호남권 발생 부산물인 폐콘크리트(광주)와 광산폐석 및 제강슬래그(전남)를 굵은골재로 유효하게 적용한 지중열교환 및 송전선 매설용 고열전도·고유동성 되매움 공법 개발
- 호남권 발생 부산물을 70% 이상 사용한 등가열저항 0.5 K.m/W 이하 지중 열교환 되메움재의 개발 (프리팩트형 그라우트 공법 및 버림 콘크리트형 된배합)
- 배합 및 주입을 위한 장치의 개선
- 되메움재의 T/B 운영(2건) 및 지역 현장적용(1건)
- 송전선 매설 공사 및 지열시스템 되매움재 기술에 대한 시방서 작성 및 자문단 공증, 신규고용인력 고용
연구내용 및 범위 ○ 연구내용 1: 재료개발 및 주입장치 개선
- 요구 성능을 만족하는 되메움재 제품 2개 (프리믹스 제품 + 배합 가이드라인)
- 공법 1) 프리팩트 굵은골재 적용 고유동성 배합 되메움에 적용하기 위한 고열전도성·고유동성 그라우트 배합 결정 및 프리믹스 제품(결합재, 잔골재, 화학혼화제 포함) 개발: 신규 주입장비 필요
- 공법 2) 버림 콘크리트형 된배합 되메움에 적용할 수 있는 고열전도성 배합비(결합재, 단위수량, 잔골재, 굵은골재)의 배합 가이드라인 (현장타설형) 제안: 일반 현장 콘크리트용 믹서 사용가능
(요구성능)
(1) 열저항: 0.5 K.m/W 이상 (자갈과 함께 시공 후 기건시)
(2) 부산물 사용량: 굵은 골재 무게비 70% 이상 (환경표시인증기준)

○ 연구내용 2: 공법개발 및 기술적용
- 주입장비 개선 1건: 고유동성 배합의 일괄타설 주입을 위한 장비 개선
- 배합장비 특징: 재료저장 호퍼 4m3, 2축 스크류 믹서 탑재, 물 투입라인 개선 및 2축 스크류 믹서 혼합효율 개선, 혼합효율 및 토출량 증진을 위한 장비 레이아웃 변경 및 제작
되메움 공법 T/B 2건
- T/B 수행 1) 프리팩트 굵은골재 적용 고유동성 배합 되메움
- T/B 수행 2) 버림 콘크리트형 된배합 되메움
- 상기 열저항 성능 규정 만족 및 T/B 운영 보고서 작성, 환경영향성 결과 확인
- 상기 공법 중 T/B를 통해 1건을 선정, 실제 공사현장에 선정 된 되메움 공법을 적용
- 측정된 현장 열성능을 기반으로 지열시스템설계 프로그램(GLM software) 혹은 유효전력전송량 프로그램(한전) 등을 활용하여 전선량 감소/시공구간 축소 등의 정량적 성과를 확인

○ 성과3: 지역현안 해결노력
- 해당 기술 분야의 전문가 8인 내외 구성, 연간 2회 이상 기술자문위원회 개최
- 위원 참석률 80% 이상 및 자체평가 70점 이상, 해당 기술관련 기관과 MOU 체결(2건 이상), MOU 체결기관과 기술세미나 개최(2회 이상)
- 기술자문공증 후 의견 보고서 작성

- 주관연구기관(케미우스코리아): 시공을 위한 되메움 재료의 섭외 및 이에 특화된 배합/주입 장비 개발, 계획된 2개 공법(공법 1: 프리팩트 굵은골재 적용 고유동성 그라우트 주입, 공법 2: 버림 콘크리트형 된배합 다짐)에 대한 실험시제품 생산방법 결정, 2개 공법에 대한 T/B 운영
- 공동연구기관 1(전남대학교): 실험실 및 T/B 수준에서의 되메움재 열적성능에 영향을 미치는 요인(흡수율, 건조속도, 배합비, 포화도) 검토, 지역전문가 인재풀 구성 및 장기적 자문단 선정, 지자체 및 관련 유관기관(한전)과의 협력방안 결정, 현장적용을 위한 장소섭외
- 공동연구기관 2(조선대학교): 배합에 따른 일반적 성능기준 측정(열저항, 유동성, 수축, 강도, 채움성능), 재료 자체 및 T/B 시공 후 중금속용출량 및 환경인증 통과 가능성 여부 검증
- 주관연구기관(케미우스코리아): 1단계의 실험결과를 기반으로 한 공법 선정, 현장적용을 위한 실험시제품 생산(프리믹싱 배합 등), 현장적용 시공 (진행상황에 따라 지중화현장 or 지열현장 택일)
- 공동연구기관 1(전남대학교): 현장열적성능검토(지중열교환 되메움인 경우 현장응답실험 (TRT), 지중화공사인 경우 매립전선 고점온도를 측정), 유관 자문단 공증을 위한 관련 학회 및 전문가 풀 구성
- 공동연구기관 2(조선대학교): T/B 및 현장적용 내용을 기반으로 한 시방서 초안 작성
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 되메움재 배합 타당성 검토 및 배합장비 개선 (케미우스 코리아)
실험 시제품 열적 특성 평가 (전남대)
기초배합 결정 및 일반성능 파악 (조선대)
- 공법 2가지 (공법 1: 프리팩트 굵은골재 적용 고유동성 그라우트 주입, 공법 2: 버림 콘크리트형 된배합 다짐)에 대한 대량생산 가능성 검토
- T/B 현장시공방법 결정

- 공법 2가지에 대한 열적특성(열전도도 분석)
- 열적성능 결정요인 (함수율, 배합비, 사용재료, 충진률)에 의한 성능 편차 가이드라인 설정(이후 시방서에 적용)

- 공법 2가지 (공법 1: 프리팩트 굵은골재 적용 고유동성 그라우트 주입, 공법 2: 버림 콘크리트형 된배합 다짐)에 대한 세부 성능 분석
- 성능지표: 열저항, 유동성, 수축, 강도, 채움성능
연구성과 기술적 기대성과 - 호남지역의 부산물을 이용한 등가열저항 0.5 K.m/W 이하 지중 열교환 되메움재의 개발을 통해 기존기술의 단점을 보완하고 새로운 요소기술 개발을 함으로써 관련 분야 기술을 선도
- 지중열 시스템 및 지중 송전선 매설 공법 개발을 제시하여 국내 시장에 바로 적용하고 기술 확보를 통해 국제 경쟁력 확보 가능
- 지반의 물리역학적 특성과 함수보유특성을 고려한 수평형/개방형 시스템의 최적 설계 분석 및 제안을 통해 다양한 조건과 개선 방안이 반영된 시스템 설계 기술의 개발
- 적용 분야에 따라 시공 공법 및 제품 시방 제시 및 개발된 시공법 및 시방서 제공을 통한 실용화 가능성 향상
사회 경제적 파급효과 - 호남권 발생 부산물을 70% 이상 재활용 하여 고효율 지중 열교환 (0.5 K.m/W)재료 개발을 통해 환경 오염 감소와 부산물의 고부가치적 재활용 기술 개발
- 호남권 발생 부산물 재활용을 통해 재료비용 절감과 함께 경제성 확보를 통하여 향후 예상되는 속채움재 관련 시장에 경쟁력 확보
- 지중열 시스템 및 지중 송전선 매설 공법 개발과 적용을 통해 국내뿐만 아니라 국제적 설계기준을 만족시켜 국제시장 진출의 기술 교두보 확보 가능
활용방안 - 지역의 특성과 문제점, 정부시책 상 계획된 사업 등을 고려하여 목표제품/공법을 설정하였기 때문에 높은 제품 수요가 예상되며, 조기 실용화가 가능함
- 산업부산물을 재활용함으로써 배출업체의 부산물 처리 시 발생되는 매립지 확보 및 처리 비용의 절감, 탄소배출권 거래 시장에서의 경제적 우위 선점으로 기업의 이익을 창출
- 속채움재 관련 시장은 국내 지중열교환 시스템의 시장과 연계되어 있음. 현재 국내 지열시스템 시장은 2,800-3,000억 규모이며, 이 중 속채움재 등 시공에 포함된 비용은 1,200억 정도임.
- 제2차 기본계획에 의한 총 전력 생산 중 신재생에너지 공급비중이 2020년에 1,261,000 MWh, 2030년에 2,803,200 MWh 수준으로 매년 25.5% 이상 증가할 것으로 예상하고 있으므로, 2025년에 본 속채움재 관련 시장규모는 약 5,000억원 정도 수준
핵심어
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국문 광주 전남 산업부산물 열교환용 되메움 지중송전선 지증열교환기
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