요약
본 발명은 한국 정부의 탄소 배출 저감 정책에 부응하여, 건축물의 에너지 효율을 높이기 위한 혁신적인 건축 자재를 제안합니다. 졸-겔 공법을 이용해 상변화물질(PCM)을 활성탄 미세골재에 함침시키고 코팅하여 열 저장 능력을 강화한 경량발포콘크리트를 개발했습니다. 실험 결과, 이 자재는 우수한 축열 및 방열 특성을 보여주었으며, 건축물의 내벽재, 바닥재, 천장재 등으로 활용 가능합니다. 이 기술은 건축물의 냉난방 효율을 극대화하고 에너지 비용을 절감하며, 온실가스 배출을 줄여 친환경적인 건축 환경을 조성할 수 있어, 정부의 환경 정책에 효과적으로 대응하고 건축물의 경쟁력을 높일 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 졸-겔 공법을 활용한 PCM함침 미세골재 적용 고축열 경량발포콘크리트 패널 및 이의 제조방법
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발명자: 허종완 교수
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출원번호: 10-2021-0156492
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등록번호: 10-2631303
상세 정보
발명의 배경과 필요성
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2020년 7월, 한국 정부는 탄소 배출 저감 정책인 그린 뉴딜을 발표하고, 2020년 10월에는 2050 탄소중립 목표를 선언함. 이를 통해 2030년까지 탄소 배출량을 2017년 대비 24.4%, 약 1억 7천만 톤 줄이기로 설정함.
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건축 및 건설 분야에서 에너지 배출량 저감이 필수적이며, 주거용 에너지 절감 기술개발의 중요성이 증대됨. 기존의 건축 자재는 단열 성능과 에너지 효율성 면에서 한계가 있었음.
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PCM(상변화물질)을 활용한 졸-겔 공법은 에너지 저장과 성능 유지가 가능하여 열 효율을 높이고, 기존 콘크리트의 단열 성능을 크게 향상시킬 수 있음. 이를 통해 건축물의 에너지 비용 절감과 온실가스 감축에 기여함.
구현방법
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졸-겔 공법을 이용하여 활성탄 미세골재에 PCM을 함침시키고 코팅하여 열 저장 능력을 강화함. 이 미세골재는 경량발포콘크리트 조성물에 포함되어 단열 성능을 향상시킴.
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PCM 함침을 위해 n-헥사데칸을 사용하며, 이 물질은 열 저장 용량이 크고 상변화 온도가 적절하여 효과적임.
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제조 과정은 다음 단계로 이루어짐:
1.
PCM 함침 활성탄 미세골재를 만들기 위해 진공 함침과 저온 방치를 진행하고,
2.
졸-겔 용액으로 코팅하여 미세 공극을 덮음.
3.
경량발포콘크리트와 혼합하여 패널을 제조함.
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이 공정을 통해 제작된 경량발포콘크리트는 내구성, 열 저장 능력 및 단열 성능이 모두 우수하여 건축물의 에너지 효율을 크게 높일 수 있음.
실험 및 결과
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실험 목적: 졸-겔 공법을 이용한 PCM 함침 미세골재의 열 저장 및 방출 성능을 검증함.
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FE-SEM을 이용해 PCM 함침 전후 미세골재의 표면 구조를 관찰하여 PCM의 함침 상태를 확인함. 그 결과, 졸-겔 코팅이 공극을 덮어 PCM의 유실을 방지함을 확인함.
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DSC를 이용하여 냉각과 가열 동안 열 에너지를 측정하였으며, 결과적으로 축열 및 방열 특성이 우수함을 확인함. PCM 함침 미세골재는 6.5℃에서 피크온도를 나타내며, 효과적인 축열 기능을 발휘함.
활용 방안
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본 발명의 고축열 경량발포콘크리트 패널은 건축물의 내벽재로 사용하여 냉난방 효율을 극대화할 수 있음. 이는 별도의 비용 없이 에너지 사용을 최소화함.
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바닥재와 천장재 등 다양한 건축자재로도 활용이 가능함. PCM의 상변화 온도를 조절하여 다양한 건축물에 적용 가능함.
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건축 및 토목 구조물에 적용하여 친환경적이고 경제적인 에너지 절감 솔루션을 제공할 수 있음.
기대효과
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에너지 절감을 통해 건축물 운영 비용을 최소화하고 경제성을 향상시킬 수 있음. 이는 건축물의 경쟁력을 높이는 데 기여함.
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온실가스 배출을 줄여 친환경적인 건축과 주거 환경을 조성함. 또한, 정부의 환경 규제에 효과적으로 대응할 수 있음.
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건축자재의 내구성 및 에너지 절감 효과를 통해 장기적으로 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 쾌적한 실내 환경을 제공함.
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