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과제기본정보

재난대응 유연성 및 화재안전 확보를 위한 고난연·고단열 샌드위치패널 개발1년차

사업개요
사업개요
사업명 국토교통기술촉진연구사업 과제번호 21CTAP-C163777-01
국가과학표준분류 1순위 원자력 | None | None 적용분야 건설업
2순위 원자력 | 핵자료 기술 | None 실용화대상여부 비실용화
3순위 원자력 | 노심 핵설계 기술 | None 과제유형 기초
과제명 재난대응 유연성 및 화재안전 확보를 위한 고난연·고단열 샌드위치패널 개발
주관연구기관 연세대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 김수민
소속 연세대학교 산학협력단 직위 부교수
전화번호 2123-2444 FAX 365-4354
총 연구기간 2021-04-01 ~ 2022-12-31
당해연도 연구기간 2021-04-01 ~ 2021-12-31

(단위:원)

년도별 비용
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
1차년도 160,000,000 0 0 0 160,000,000
과제기본정보
연구개발개요 ○ 연구개발 개요
- 샌드위치패널의 심재로 활용되는 단열재의 낮은 내화성능으로 인한 대규모 화재피해가 증가하고 있어 샌드위치패널의 안전성에 관한 문제가 대두되고 있음. 따라서, 샌드위치패널의 화재안전 이슈개선과 그린뉴딜 정책동향에 부합한 고내화·고단열 샌드위치패널을 개발하는 것을 목표로 함.
○ 고내화·고단열 샌드위치패널 연구 필요성
- 샌드위치패널의 심재로 활용되는 단열재의 내화성능은 화재 시 피난시간 확보를 위한 가장 중요한 요소로 단열재는 단열을 위해 만들어진 자재로써 높은 단열성능과 낮은 가격을 가진 유기 단열재가 주로 사용되고 있음.
- 샌드위치패널의 난연성능은 심재의 성능으로 좌우되는 것으로 나타나고 있어 내부 심재의 난연성능을 확보 및 단열성능, 경제성을 유지할 수 있는 심재의 개발이 필요한 실정임. 이에 대안으로 난연성능이 높은 무기질 단열재의 사용이 추천되고 있으나, 글라스울 및 미네랄울과 같은 무기질 단열재의 경우 수분흡수로 인한 단열성 저하 및 압축침하 등의 문제의 우려가 있어 적용에 대한 인식이 낮은 것으로 판단됨. 따라서 우수한 단열성능 및 난연성능을 가지고 있는 샌드위치패널의 개발을 통해 대규모 화재 및 인명피해를 줄일 수 있을 것으로 판단됨.
○ 그린뉴딜 정책 대응 에너지 고효율 샌드위치패널 개발 필요성
- 지붕에 사용되는 샌드위치패널은 패널과 패널사이, 조인트 연결부, 기둥간의 미세한 틈새가 존재함. 그 틈새로 인해 기밀성이 떨어져 결국 단열성능이 감소될 우려가 있음. 이러한 낮은 기밀성을 보완하기 위해 샌드위치패널 내부 심재의 단열재의 분포 및 성능을 증진시켜 에너지 절감효과를 이끌어 낼 수 있음.
- COVID-19로 인해 감염검사를 위한 공간, 감염자 및 질병 의심자를 위한 격리시설이 일반 병원 시설로는 한계가 있기 때문에 임시 건물이 점차 증가하고 있는 추세임. 해당 건물들은 임시성을 띄고 있기 때문에 샌드위치패널이 구조체로 활용되고 있음.
최종목표 최종목표: 고내화·고단열 샌드위치패널 프로토타입 개발
- 샌드위치패널 난연성능 ‘준불연’ 등급 확보를 통한 화재재난 대응형 샌드위치패널 개발
- 기존 샌드위치패널 건물 대비 10% 건물에너지부하량 저감을 통한 샌드위치패널 사용
- 연소시 가스안전성 확보를 통한, 화재시 유해성 분석 및 안전성 확보
- 화재시뮬레이션을 통한 화재안전성 확인. 화재 시 발화 및 화재 전개 양상 분석을 통한 피난 대책 강구, 안전시간 확보 가능성 분석
연구내용 및 범위 본 연구는 기법, 진단, 기술, 개발의 총 4 단계의 구성을 가지고 있으며, 화재안전 및 그린뉴딜 대응형 고내화·고단열 샌드위치패널 프로토타입 개발을 목표로 함. 기존 단열재의 화재취약성을 보완하기 위한 방법과 그린뉴딜 시대에 부합하는 에너지성능 효율 향상을 위한 기법을 제시하고자 함. 기존 단열재의 화재성능 분석을 위해, 국가표준에 의거한 난연성능 분석과 더불어, 화재 시 발생되는 가스로 인한 피해를 최소화하기 위한 유해가스를 정량적으로 분석함. 국제표준규격(ISO 13344: Estimation of the lethal toxic potency of fire effluents) 에 의한 유해가스의 유효복용분량(FED; Fractional Effective Dose)을 통해 연소 시 발생되는 가스에 대한 유해성을 정량적으로 분석함. 더불어, 그린뉴딜 정책과 맞물려 리모델링 시장 및 임시피난시설 등에서 사용되는 에너지소비량을 절감하기 위한 부하량을 분석하고자 함. 기존 단열재의 난연성능 분석을 통해 도출된 화재안전성능과 정량적인 유해성을 바탕으로 준불연 성능의 샌드위치패널 프로토타입을 개발하고, 이에 대한 화재안전성능을 검증함. 또한, 에너지성능을 분석하여 최적 성능의 샌드위치패널을 도출하고자 함.

기존 단열재의 화재취약성을 보완하기 위한 방법과 그린뉴딜 시대에 부합하는 에너지성능 효율 향상을 위한 기법을 제시하고자 함. 기존 단열재의 화재성능 분석을 위해, 국가표준에 의거한 난연성능과 국제표준규격(ISO 13344: Estimation of the lethal toxic potency of fire effluents) 에 의한 유해가스의 유효복용분량(FED; Fractional Effective Dose)을 통해 연소 시 발생되는 가스에 대한 유해성을 정량적으로 분석함. 더불어, 그린뉴딜 정책과 맞물려 리모델링 시장 및 임시피난시설 등에서 사용되는 에너지소비량을 절감하기 위한 부하량을 분석하고자 함.

(1) 1차년도
○ 난연 샌드위치패널 구성요소 적정성 평가 및 프로토타입 개발
- 건축자재 난연성능 개선 방안 도출: 문헌 검토 및 사전 연구 사례 조사를 통한 건축자재 난연성능 개선을 위한 방법론 도출
- 샌드위치패널 성능 적정성 평가: 구성재료의 난연성능 비교분석을 통한 난연성능 정량화1) 연소성능 평가(KS F ISO 5660-1)2) 열적성능 평가: TGA (Thermogravimetric analysis), 열전도율 측정
- 난연성능 우수 단열재 기반 샌드위치패널 프로토타입 제작
: 분석된 단열재 성능을 기반으로, 난연단열재를 선별하고, 난연성능 향상 샌드위치패널 프로토타입 제작
- 샌드위치패널 기반 건물의 에너지성능 도출 표준모델 도출
: 샌드위치패널 열적 성능에 따른 에너지성능 도출 방안 및 표준모델 도출
○ 연구개발 2차년도를 통해 기존 단열재의 난연성능 분석을 통해 도출된 화재안전성능과 정량적인 유해성을 바탕으로 준불연 성능의 샌드위치패널 프로토타입을 개발하고, 이에 대한 화재안전성능을 검증함. 또한, 에너지성능을 분석하여 최적 성능의 샌드위치패널을 도출하고자 함.

(2) 2차년도
○ 샌드위치패널 프로토타입 물성분석
- 제작된 샌드위치패널 프로토타입의 성능 적정성 평가1) 열적성능 평가: TGA, 열관류율(U-value) 측정2) 물성정보 평가: 밀도, 규격별 무게
○ 샌드위치패널 프로토타입 화재안전성 분석
- 제작된 샌드위치패널 프로토타입의 화재안전성 분석1) 연소성능 평가(KS F ISO 5660-1)2) 연소독성지수 유효복용분량(Fractional Effective Dose, FED) 3) 화재 시뮬레이션 FDS (Fire Dynamic Simulator) 평가
○ 샌드위치패널 성능 최적화
- 제작된 샌드위치패널 프로토타입의 성능 적정성 평가
○ 개발 샌드위치패널 에너지 저감 효과 분석
- 최적화 샌드위치패널 적용시 에너지소요량 저감효과 분석 도출
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 난연 샌드위치패널 구성요소 적정성 평가 및 프로토타입 개발 - 건축자재 난연성능 개선 방안 도출: 문헌 검토 및 사전 연구 사례 조사를 통한 건축자재 난연성능 개선을 위한 방법론 도출
- 샌드위치패널 성능 적정성 평가: 구성재료의 난연성능 비교분석을 통한 난연성능 정량화1) 연소성능 평가: 열방출률 시험방법-콘칼로리미터 법에 따른 연소특성 분석 (KS F ISO 5660-1)ㅁ2) 열적성능 평가: TGA (Thermogravimetric analysis), 열전도율 측정
- 난연성능 우수 단열재 기반 샌드위치패널 프로토타입 제작: 분석된 단열재 성능을 기반으로, 난연단열재를 선별하고, 난연성능 향상 샌드위치패널 프로토타입 제작
- 샌드위치패널 기반 건물의 에너지성능 도출 표준모델 도출: 샌드위치패널 열적 성능에 따른 에너지성능 도출 방안 및 표준모델 도출
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 측면
- 고단열/고난연성능을 가진 샌드위치패널 제작 원천기술 개발
- 연소 시 발생하는 가스 유해성의 정밀 분석을 위한 관련 기술 개발
- 난연 성능 평가 및 기술 적용 관련 전문 인력 양성
사회 경제적 파급효과 ○ 경제적ㆍ산업적 측면
- 샌드위치패널을 통해 발생할 수 있는 화재 감소
- 화재 시 빠른 진압을 통한 인적·물적 피해 최소화
- 샌드위치패널을 통한 건축 관련 연구 및 산업 시장 활성화
○ 사회적 측면
- 난연·단열성능이 향상된 샌드위치패널의 보급 및 확산
- 건물의 화재안정성 관련 인식 부여를 통한 소방 방재 관련 관심 증대
- 난연관련 법령의 강화로 안전한 사회 시스템의 개발 및 확산
활용방안 고단열·고난연성능 샌드위치패널 개발
● 샌드위치패널 건물의 에너지 성능 향상
● 화재 피난에서 대응 가능한 난연 기술 솔루션
● Wool형, Blanket형 샌드위치패널 심재를 대체하는 고단열성능을 가진 샌드위치패널
수요처: 정부, 설계사, 리모델링회사,건축자재회사, 가스유해성 평가기관

샌드위치패널 난연성능 평가기술 개발
● 건축자재의 평가 방법의 개발을 위한 기반자료
● 건축자재의 고성능화를 위한 원전 기술
● 그린 뉴딜, 고성능 건물 실현을 위한 기초재료
수요처: 연구기관, 정부, 설계사, 건축자재회사, 평가기관
핵심어
핵심어
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 샌드위치패널 난연 단열 화재 그린 뉴딜
영문 Sandwich panel Flame Retardant Insulation Fire accident Green New Deal
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