요약
상변화물질(PCM)을 기반으로 한 창호 기술이 에너지 효율성을 크게 향상시키고 있습니다. PCM은 액체에서 고체로 상변화 시 열을 방출하고, 다시 고체에서 액체로 변할 때 열을 흡수하는 특별한 성질을 가지고 있습니다. 이 기술은 여름철 실내 열을 흡수하여 에어컨 사용량을 줄이고, 겨울철에는 축열 효과를 통해 난방 에너지를 절약합니다. 이는 실내 온도를 일관되게 유지해 에너지 소비를 줄이며, 온실가스 배출 감소로 환경에도 긍정적 영향을 미칩니다. 실험 결과, 기존 창호에 비해 PCM 창호는 난방 에너지를 15%, 냉방 에너지를 20% 절감하여 에너지 비용을 크게 줄이는 것으로 나타났습니다. 특히 대형 빌딩에서 실내 온도 제어에 효과적이며, 지속 가능한 건축 설계의 중요한 요소로 떠오르고 있습니다.
기본 정보
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특허명: 상변화물질을 구비한 창호 및 상변화물질 주입방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2021-0108549
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등록번호: 10-2672959
상세 정보
배경 기술
배경 설명
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상변화물질(PCM)은 액체 상태에서 고체 상태로 변화하면서 열을 방출하고, 다시 고체 상태에서 액체 상태로 변하면서 열을 흡수하는 성질을 가짐. 이러한 특성은 에너지 소비를 줄이고 실내 온도를 일정하게 유지하는 데 기여함.
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전 세계적으로 지속 가능한 에너지 소비에 대한 관심 증가와 함께, 건축물의 에너지 효율을 높이기 위한 기술 개발이 활발히 이루어짐. 그중 PCM을 건축 자재로 응용하는 방법이 주목받고 있음.
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PCM 창호 기술은 기존 단열재를 대체하여 열 손실을 줄이고, 열 교환을 효율적으로 조절함으로써 난방 및 냉방 에너지를 절약할 수 있는 방법을 제공함.
기존 기술의 문제점
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기존의 알루미늄 창호는 가격이 저렴하지만 높은 열전도율로 인해 단열 성능이 낮은 문제가 있음. 그러나 PCM을 활용하여 이 문제를 해결할 수 있는 기술적 개선이 필요한 상황임.
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특허 제10-1439167호는 상변화물질을 사용하여 단열 성능을 높이려 했으나, 상변화 시간이 지연되어 열 효과를 효율적으로 사용하지 못하는 문제가 있었음.
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기존 창호 시스템의 제한적인 실시간 모니터링 및 최적화 부족으로 인해 에너지 소비 패턴 개선이 어려운 실정임.
기술의 필요성
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PCM 창호는 여름철 내부 열을 흡수해 실내 온도를 낮추고, 겨울철에는 열을 방출해 난방 에너지를 절약하여 자체적으로 실내 온도를 조절함.
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PCM 창호 기술은 효율적인 열 교환을 통해 에너지 소모를 낮추고 온실가스 배출을 줄임으로써 환경에 긍정적인 영향을 미침.
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실험 결과 PCM 창호가 기존 창호에 비해 난방 및 냉방 에너지를 각각 15%와 20% 절감하여 에너지 비용 및 환경 부담을 줄이는 효과가 있음을 보임.
구현 방법
기술의 원리
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PCM 창호 시스템은 상변화물질(PCM)을 활용하여 실내 온도를 효과적으로 조절하는 기술임. PCM은 액체 상태에서 고체 상태로 변하면서 열을 방출하고, 고체 상태에서 다시 액체 상태로 변하면서 열을 흡수함. 이를 통해 냉난방 에너지를 절약하고 실내 온도를 일정하게 유지할 수 있음.
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상변화물질을 창호 내부에 주입하여 다소 복잡한 내부 구조 속에서도 효율적인 열전달을 가능하게 함. 프레임과 창문틀에 주입된 PCM은 기온 변화에 따라 열을 흡수하거나 방출함으로써 단열 성능을 극대화함.
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열전도부재와 전도패드가 상변화물질과 접촉할 수 있도록 설계되어 있어 PCM 창호의 열 효율을 높이며, 열전도부재는 열전도율이 높은 금속으로 제작됨.
구체적인 구현 방법
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창호에 상변화물질을 주입하기 위한 주입홀과 주입기가 사용됨. 주입기는 유연한 관형상으로 복잡한 내부 구조에도 쉽게 적응하여 주입이 가능함. 차단막이 주입기의 끝에 설치되어 주입홀을 밀봉하고 상변화물질이 유출되지 않도록 함.
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유동펌프가 상변화물질을 순환시키며 발열 및 축열 효과의 지속성을 높임. 이를 통해 PCM의 발열 및 축열 능력을 유지하고 효율적인 열 교환이 가능하게 함.
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창호의 열전도부재는 다수의 얇은 판형 및 관형으로 형성되어 열 전도 효율을 극대화함. 이 부재는 창호의 프레임과 창문틀에 열을 전달하도록 설계됨.
기술의 장점
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PCM 창호는 기존 창호에 비해 난방 및 냉방 에너지를 각각 15%와 20% 절감할 수 있음을 실험 결과로 보여줌. 발열 및 축열 능력을 통해 온도 유지 시간이 기존 창호 대비 30% 이상 증가함.
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상변화물질을 통해 실내 온도를 일관되게 유지하여 에너지 소비 감소에 기여함. 극단적인 외부 온도 변화에도 안정적인 실내 환경을 제공함.
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PCM 창호 시스템은 에너지 비용 절감뿐만 아니라 온실가스 배출량 감소로 환경적 이점도 제공함. 장기적인 비용 절약과 환경 보호에 기여함.
실험 및 결과
실험의 목적
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PCM 창호를 통해 단열 성능을 향상시키고 에너지 효율을 증가시키는 것이 주요 목적임. 실험은 특히 외부 온도 변화에도 실내 온도를 일정하게 유지할 수 있는지를 평가하고자 함.
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상변화물질의 발열 및 축열 효과를 통해 여름철 냉방 에너지와 겨울철 난방 에너지를 얼마나 절감할 수 있는지를 분석함.
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PCM 창호가 건축물의 에너지 소비를 감소시키며, 환경적 부담을 줄일 수 있는지를 확인함.
실험 방법 및 과정
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실험은 상변화물질을 창호 프레임 및 창문틀 내부에 주입하는 것으로 시작됨. 주입홀을 타공하고, 주입기와 차단막을 사용하여 물질 손실을 최소화하며 진행됨.
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단열 성능 평가 단계에서는 다양한 온도 조건에서 PCM 창호와 기존 창호의 내부 온도 변화를 측정하고 이를 비교함. 열전도부재가 적용된 프레임을 사용하여 상변화 과정에서의 온도 변화와 효율성을 기록함.
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각 단계별 온도 변화 및 PCM 창호의 효율성 평가는 열전도율이 높은 재질의 열전도부재를 프레임에 적용하여 진행됨.
실험 결과
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실험 결과 PCM 창호는 기존 창호에 비해 난방 및 냉방 에너지를 각각 15%와 20% 절감하는 성과를 보임. 이는 PCM의 발열 및 축열 효과 덕분에 가능했음.
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PCM 창호의 단열 성능 측정 결과, 기존 창호에 비해 온도 유지 시간이 30% 이상 증가함을 확인함. 상변화물질의 효율적인 사용 덕분에 실내 온도가 보다 안정적으로 유지됨.
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창호에 주입한 상변화물질은 발열 및 축열 지속시간을 연장하여 단열 효율을 극대화할 수 있었음. 이로써 장기적인 환경적 이익과 에너지 비용 절감 효과를 제공함.
활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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PCM 창호 기술은 건축물의 에너지 효율성을 크게 향상시킬 수 있으며, 이는 실내 온도를 일정하게 유지하여 냉난방 비용을 절감할 수 있음. 특히 대형 빌딩이나 주택에서 에너지 소비를 줄이려는 경우에 효과적으로 활용될 수 있음.
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기존의 열전도율이 높은 창호에 비해 PCM 창호는 여름철과 겨울철 실내 온도를 효과적으로 조절함으로써 난방 및 냉방 에너지를 각각 15%와 20% 절감할 수 있음. 이는 건축물의 환경적 부담을 줄이는 데 기여함.
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PCM 창호는 전 세계적으로 지속 가능한 에너지 소비에 대한 관심이 증가함에 따라 주목받고 있으며, 지속 가능한 건축설계의 중요한 요소로 고려되고 있음. PCM을 다양한 건축 자재에 응용할 수 있는 방법에 대한 연구가 계속됨.
기대효과
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PCM 창호 기술을 적용하면 설비비용을 줄이고 에너지를 절감할 수 있으며, 장기적으로 운영비 절감 효과가 크기 때문에 기업 및 개인 모두에게 경제적인 이점을 제공함. 이는 건축업계의 비용 효율성을 향상시키는데 기여함.
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환경적으로도 PCM 창호는 에너지 소모를 줄이고 온실가스 배출량 감소에 기여함으로써, 친환경 건축 솔루션으로서 지속 가능한 개발 목표 달성에 기여할 수 있음.
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시장 전망에 따르면, 에너지 효율이 높은 건축자재에 대한 수요가 증가함에 따라 PCM 창호는 향후 건축 자재 시장에서 중요한 위치를 차지할 것으로 전망됨. 이는 기술의 조기 상용화 및 수출 산업화로 이어질 가능성이 있음.
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PCM 창호의 도입으로 국내외 다수의 에너지 다소비 건물에서 비용 절감 및 에너지 절약 효과를 달성할 수 있어, 관련 산업의 성장과 함께 경제적 파급효과가 기대됨.
시장 동향
PCM 창호 시장 규모와 성장률 현황
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상변화물질(PCM)을 이용한 창호 시스템은 열에너지를 효율적으로 관리하여 건물 에너지 사용량을 절감하는 혁신적인 기술로, 냉방과 난방 에너지를 절감하기 위한 잠열 특성 활용이 주목받고 있음.[웹 출처]
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PCM을 활용한 창호 블라인드 시스템은 냉방 에너지를 최대 19.8%까지 절감할 수 있으며, 이는 냉난방 에너지를 제공하는 창호 솔루션으로 건축물의 에너지 효율성을 높이는 데 기여함.[웹 출처]
친환경 건축자재 시장 동향과 전망
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