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졸-겔 공법을 활용한 PCM함침 미세골재 적용 고축열 경량발포콘크리트 패널 및 이의 제조방법

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

특허명: 졸-겔 공법을 활용한 PCM함침 미세골재 적용 고축열 경량발포콘크리트 패널 및 이의 제조방법
발명자: 허종완 교수
출원번호: 10-2021-0156492
등록번호: 10-2631303

상세 정보

발명의 배경과 필요성

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.
건축 및 건설 분야에서 에너지 배출량 저감이 필수적이며, 주거용 에너지 절감 기술개발의 중요성이 증대됨. 기존의 건축 자재는 단열 성능과 에너지 효율성 면에서 한계가 있었음.
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

졸-겔 공법을 이용하여 활성탄 미세골재에 PCM을 함침시키고 코팅하여 열 저장 능력을 강화함. 이 미세골재는 경량발포콘크리트 조성물에 포함되어 단열 성능을 향상시킴.
PCM 함침을 위해 n-헥사데칸을 사용하며, 이 물질은 열 저장 용량이 크고 상변화 온도가 적절하여 효과적임.
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.
이 공정을 통해 제작된 경량발포콘크리트는 내구성, 열 저장 능력 및 단열 성능이 모두 우수하여 건축물의 에너지 효율을 크게 높일 수 있음.

실험 및 결과

실험 목적: 졸-겔 공법을 이용한 PCM 함침 미세골재의 열 저장 및 방출 성능을 검증함.
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.
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

본 발명의 고축열 경량발포콘크리트 패널은 건축물의 내벽재로 사용하여 냉난방 효율을 극대화할 수 있음. 이는 별도의 비용 없이 에너지 사용을 최소화함.
바닥재와 천장재 등 다양한 건축자재로도 활용이 가능함. PCM의 상변화 온도를 조절하여 다양한 건축물에 적용 가능함.
건축 및 토목 구조물에 적용하여 친환경적이고 경제적인 에너지 절감 솔루션을 제공할 수 있음.

기대효과

에너지 절감을 통해 건축물 운영 비용을 최소화하고 경제성을 향상시킬 수 있음. 이는 건축물의 경쟁력을 높이는 데 기여함.
온실가스 배출을 줄여 친환경적인 건축과 주거 환경을 조성함. 또한, 정부의 환경 규제에 효과적으로 대응할 수 있음.
건축자재의 내구성 및 에너지 절감 효과를 통해 장기적으로 유지보수 비용을 절감할 수 있으며, 쾌적한 실내 환경을 제공함.

대표도면

기술이전 담당자 연락처

담당자명: 이미정 계장
부서: 기술사업화팀
전화번호: 032-835-9766
이메일: mijung@inu.ac.kr
인천대학교 산학협력단
(21999) 인천광역시 연수구 갯벌로 27(송도동) INU이노베이션센터 202호
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