단열재를 생산하는 회사에서는 대부분 유기단열재를 사용하고 있다. 커튼윌 시스템은 경제적이면서 성능이 우수하지만 불연성이지 않다. 따라서 근래에 안전사고가 많아지고 있어서 타지 않는 무기 단열재가 필요하다. 또한 안전과 단열효과 및 소비자가 요구하는 친환경적인 무기단열재가 필요하므로 불연성 무기단열재의 개발이 시급하다. 본 논문은 무기단열재의 문제인 흡수성을 실험하기 위하여 가습기를 이용하여 흡수성 실험을 하였고 경량골재인 펄라이트와 바인더를 섞고 흡수방지제로 처리한 샘플과 그렇지 않은 샘플의 흡수율을 측정하여 에너지 효율 지속성 단열재의 기술연구를 목표로 한다.
건축물에서 단열재는 매우 중요하다. 건축물에 사용하는 단열재는 재료에 따라 유기단열재와 무기단열재로 크게 나누는데 스티로폼이나 우레탄으로 만들어진 유기단열재는 화재에 매우 취약하다. 반면 펄라이트 무기단열재는 불연재이나 습기에 매우 취약하여 사용범위가 제한적이다. 본 연구에서는 단열성능이 보드의 두께가 50mm 이내의 샘플에서 열전도율과 흡수율은 각각 0.05W/mk, 3.0% 이하, 휨강도와 발수율은 각각 $25N/cm^2$, 98% 이상인 무기단열재를 개발하고 열전도 특성을 평가하였다.
본 연구에서는 불연성 무기단열재를 제조하기 위해 바인더 종류를 대체하여 열전도율을 충족시키고 경량 무기단열재 개발을 위해 연구하였다. 열전도율 측정은 열전도 측정기인 HFM-436을 이용하여 열전도율을 측정하였다. 무기단열재를 바인더 SH-1(액체), SH-2(고체)와 펄라이트를 배합하여 단열재 샘플1을 만들었고, SH-3(액체)와 펄라이트를 배합하여 단열재 샘플 2를 제조했다. 총 4개의 샘플을 제조했다. 각각 바인더와 펄라이트를 틀에 넣어 성형하였으며 완전건조 후 HFM-435을 이용하여 열전도율을 측정하였다. 두 가지 다른 바인더를 사용하여 열전도율을 측정하였고 바인더에 따른 열전도율의 영향을 분석하였다.
본 연구에서는 불연성 무기단열재 제조를 위해 재료의 치환으로 열전도율을 충족시켜 경량 무기단열재 개발을 위해 연구하였다. 단열재로도 쓰이지만 화단의 흙을 대신하여 쓰이는 펄라이트 2종류와 바인더를 배합하여 샘플 3개를 제작하였다. 3가지 샘플들을 완전건조 후 열전도 측정기인 HFM-435를 이용하여 열전도율을 측정하였다. 펄라이트와 흑요소 펄라이트 두가지 재료를 혼합하여 만든 총 3개의 샘플의 열전도율을 측정하여 열전도 효율이 좋은 재료를 사용하여 단열재를 제작하고 각 재료들의 단열 특성에 관하여 분석하였다.
건축물에서 단열재는 일정한 온도를 유지하도록 하려는 부분의 바깥쪽을 피복하여 외부로의 열손실이나 열의 유입을 적게 하기 위한 재료이다. 단열재는 소재(素材) 자체의 열전도율(熱傳導率)이 작은 것이 바람직하나, 대부분 열전도율이 그다지 작지 않다. 그러므로 대개의 경우 열전도율을 작게 하기 위해서 다공질(多孔質)이 되도록 만들어 기공(氣孔) 속의 공기의 단열성을 이용한다. 일반적으로 재료의 밀도가 크면 열전도율 값이 크게 되는 경향이 있다. 이에 본 연구에서는 경량골재인 펄라이트의 입자 크기별 열전도율을 측정하여 단열재로서 사용여부를 판단하고자 한다.
건축물의 에너지 절약기준이 강화되면서 외단열 공법의 적용과 단열재 두께가 증가하고 있다. 유기계 단열재는 시공성, 경제성 등 시공비용 절감 효과와 뛰어난 단열성능을 가지고 있다. 하지만, 유기계 단열재 특성상 열에 매우 취약하므로 화재 발생 시 급격한 화재확산과 유독가스 발생으로 심각한 피해가 발생한다. 무기계 단열재는 기본적으로 불연성능을 가지나 무겁고 유기계 단열재에 비해 단열성능이 떨어진다. 글라스 버블은 소다 라임 보로실리케이트 유리로 밀도가 매우 낮고, 내부가 비어 있는 구형의 입자로 볼베어링 효과로 유동성이 개선된다. 또한, 무기계 단열재에 혼입하여 사용할 경우 밀도와 단열성능이 개선된다. 본 연구는 시멘트계 재료와 글라스 버블을 혼합하여 무기 단열재를 제조하였고 단열, 난연 및 불연성능을 평가하였다. 연구 결과, 글라스 버블의 혼입률이 증가할수록 열린 기공을 형성하고 있으나, 기공 및 셀 벽에 분포됨에 따라 충분한 단열성능을 보인다. 또한, 글라스 버블의 혼입률은 10% 이하로 사용하는 것이 바람직하다.
유기단열재를 사용한 샌드위치패널(복합자재) 건축물 화재는 소화가 어려우며, 가연성 심재를 통한 빠른 화재 확산으로 화재 시 피해가 크다. 샌드위치패널은 양면이 불연재로 되어있고, 불연재 사이에 심재인 단열재로 이루어져 있다. 단열재는 유기단열재와 무기단열재가 사용되고 있으며, 유기단열재가 무기단열재에 비하여 약 80% 이상 사용되고 있다. 유기단열재는 무기단열재에 비하여 경제적인 장점이 있지만 화재에 취약하다는 단점을 가지고 있기 때문에 샌드위치패널 화재 시 일반화재에 비하여 피해가 크다. 가스유해성시험의 경우 복합자재의 심재 위험성을 측정하기 위해 패널에 지름 25 mm 크기 3개의 원형 천공을 하여 시험하지만 콘칼로리미터 시험은 샌드위치패널 형태 그대로 시험을 진행한다. 본 연구에서는 KS F ISO 5660-1 콘칼로리미터 시험에서 복합자재의 경우 불연재인 표면에 가열한 경우와 천공을 통한 심재 노출 시험 및 심재에 직접가열 시 발생하는 화재의 위험성을 측정하였다. 시험에 사용된 유기단열재는 일반 EPS와 난연 EPS를 사용하였으며, 시험체 구성은 샌드위치패널, 천공된 샌드위치 패널, 심재의 3가지 형태로 시험을 진행하였다. 본 연구의 목적은 콘칼로리미터 시험 시 복합자재 심재의 화재 위험성을 평가하는 방안을 제시하고자 하였다.
진공단열재는 폴리우레탄 폼 대비 10배 이상의 단열성능을 갖는 고효율 단열재로서 고차단성 필름 봉투 내부에 무기 소재를 진공감압시켜 대류에 의한 열전달을 최소화시킨 차세대 단열재이다. 특히 진공단열재에 있어 열전달의 경로는 전도에 의한 효과가 가장 크므로, 진공단열재 내부의 Glass Fiber 심재의 최적화 설계에 따라 단열 성능을 극대화 시킬 수 있다. 이에, 본 연구에서 GLass Fiber의 배열에 따른 성능 비교 평가를 통해, 전도의 특성을 최소화 시킬 수 있는 Glass Fiber의 배열 및 다층 적층 구조를 통해 성능 개선 효과를 고찰 하였다.
To prevent energy waste in buildings used heat insulator. Heat insulator materials can be classified inorganic and organic. The organic material is be toxic gas emission, when a fire occurs. And it has lower water resistance. The inorganic material is heavy and worse thermal performance than organic materials. This study focused on thermal conductivity and density of inorganic foam material for using industrial by-products materials.
본 연구는 유기계 보온단열재의 장점인 경량성과 연질특성을 갖는 무기계 보온단열재의 제조를 위한 새로운 개념의 무기질 저온 발포 공정에 관한 것이다. 새로운 무기질 발포 공정은 섬유상인 해포석 및 규산알루미늄으로 하여금 발포체의 골격을 형성토록 하고, 저온에서 기체 발생이 가능한 발포제를 사용하여 무기질 섬유상 골격체가 팽창되어 공동을 형성하게 하며, 이 형성된 공동 속에 낮은 열전도도를 갖는 무기질 다포체인 팽창진주암을 채우는 것이다. 총괄적으로 무기질 재료를 고온 용융함이 없이 저온에서 무기질 발포체의 제조가 가능하게 된다. 이를 위해서 섬유상인 해포석의 해섬처리과정, 발포를 위한 섬유상 슬러리의 열처리공정 등 다양한 준비공정이 필요하며, 열처리 전 슬러리의 최적 조성물 조건이 요구된다. 제조된 발포체는 경량, 연질의 보온단열재로서의 겉보기 밀도, 내력 강도, 굽힘강도, 고내열성 등의 물성을 보여주었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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