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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김동환, 서동진
- 발행연도
- 2013
- 저작권
- 고려대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수103
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초단열재로 알려진 에어로젤을 친환경건축물에 활용하기 위해서는 고유의 낮은 열전도도 유지뿐만 아니라 기계적 강도, 건축현장에서의 절단 및 적용성 등을 모두 고려해야 한다. 일반적으로, 에어로젤은 열전도도가 0.02 W/(mK)이하로, 상용화된 유기 및 무기단열재에 비해 2~5배 낮은 수준이나, 강도가 약해 부서지기 쉬운 단점이 있다. 따라서 강도를 증가시키기 위해 폴리머, 카본섬유 등과의 복합화와 같은 연구가 진행되어 왔다. 또한 불투명, 반투명 혹은 투명하게 만들 수 있어 건축물에 광범위하게 응용할 수 있는 가능성이 있다. 이러한 특성을 이용하여 반투명 비드형태의 에어로젤을 건축물 채광창에 활용하거나, 블랑캣 형태의 에어로젤을 화학공장 파이프, 용기 등 단열에 사용하는 등 활용사례가 증가하고 있다.
본 연구에서 단일체형 에어로젤(monolith aerogel)은 TEOS(Tetraethoxysilane)를 실리카의 알콕사이드(alkoxide) 전구체로, 메탄올과 DMF(N,N-Dimethylformamide)를 용매로 사용하였으며, 초임계건조를 통해 제조되었다. 에어로젤 입경에 따른 열전도도 및 투과도를 분석하여 건축물 채광창에 활용 가능성을 평가하였다. 또한, TiO2 첨가제를 사용한 에어로젤 압축성형보드, 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드, 에폭시-에어로젤 혼합보드를 제작, 기계적 강도를 향상시키는 연구를 수행하여 건축물 바닥 및 벽체 단열재의 활용가능성을 평가하였다.
연구결과, 채광창의 경우 에어로젤 입경이 4.76 mm에서 0.5 mm로 작아짐에 따라 열전도도는 0.042 W/(mK)에서 0.037 W/(mK)로 낮아졌으나, 0.5 mm이하에서는 차이를 보이지 않았다. 채광창의 투과도는 입경이 4.76 mm에서 0.5 mm로 작아짐에 따라 파장 1,000~10,000 nm 범위에서 4.6 %에서 0.41 %까지 낮아졌으며 0.5 mm 이하에서는 미미하게 나타났다. 에어로젤을 사용한 채광창은 실리카겔에 비해 5.23배, 상용화된 에어로젤 대비 1.3배 열전도도가 낮은 특성을 보였다. 에어로젤을 활용한 건축물의 채광창 활용가능성을 평가한 결과, 입경 1~2 mm, 0.5~1 mm 에어로젤을 사용한 경우 단열성 및 투과도 측면에서 우수한 특성을 보였다.
타이타니아 분말을 소량 첨가하여 30 kg/cm2로 압축한 에어로젤 압축성형보드의 열전도도는 0.032~0.035 W/(mK), 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드는 0.025 W/(mK)의 낮은 열전도도를 나타내었다. 에폭시-에어로젤 혼합보드의 경우 에어로젤 8 % 혼합 시 0.105 W/(mK)로 높은 수준이나, 단일체형(monolith) 상태로 에폭시 표면에서의 반응을 최소화하여 제작한 혼합보드는 0.04~0.042 W/(mK)로 나타나, 그 활용가능성을 확인하였다. 향후 폴리머를 활용하여 강도를 강화하거나, 형상기억 효과를 강화하여 탄성 회복 및 유연성을 향상시키는 연구가 계속 진행되어야 할 것이다.
본 연구에서 단일체형 에어로젤(monolith aerogel)은 TEOS(Tetraethoxysilane)를 실리카의 알콕사이드(alkoxide) 전구체로, 메탄올과 DMF(N,N-Dimethylformamide)를 용매로 사용하였으며, 초임계건조를 통해 제조되었다. 에어로젤 입경에 따른 열전도도 및 투과도를 분석하여 건축물 채광창에 활용 가능성을 평가하였다. 또한, TiO2 첨가제를 사용한 에어로젤 압축성형보드, 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드, 에폭시-에어로젤 혼합보드를 제작, 기계적 강도를 향상시키는 연구를 수행하여 건축물 바닥 및 벽체 단열재의 활용가능성을 평가하였다.
연구결과, 채광창의 경우 에어로젤 입경이 4.76 mm에서 0.5 mm로 작아짐에 따라 열전도도는 0.042 W/(mK)에서 0.037 W/(mK)로 낮아졌으나, 0.5 mm이하에서는 차이를 보이지 않았다. 채광창의 투과도는 입경이 4.76 mm에서 0.5 mm로 작아짐에 따라 파장 1,000~10,000 nm 범위에서 4.6 %에서 0.41 %까지 낮아졌으며 0.5 mm 이하에서는 미미하게 나타났다. 에어로젤을 사용한 채광창은 실리카겔에 비해 5.23배, 상용화된 에어로젤 대비 1.3배 열전도도가 낮은 특성을 보였다. 에어로젤을 활용한 건축물의 채광창 활용가능성을 평가한 결과, 입경 1~2 mm, 0.5~1 mm 에어로젤을 사용한 경우 단열성 및 투과도 측면에서 우수한 특성을 보였다.
타이타니아 분말을 소량 첨가하여 30 kg/cm2로 압축한 에어로젤 압축성형보드의 열전도도는 0.032~0.035 W/(mK), 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드는 0.025 W/(mK)의 낮은 열전도도를 나타내었다. 에폭시-에어로젤 혼합보드의 경우 에어로젤 8 % 혼합 시 0.105 W/(mK)로 높은 수준이나, 단일체형(monolith) 상태로 에폭시 표면에서의 반응을 최소화하여 제작한 혼합보드는 0.04~0.042 W/(mK)로 나타나, 그 활용가능성을 확인하였다. 향후 폴리머를 활용하여 강도를 강화하거나, 형상기억 효과를 강화하여 탄성 회복 및 유연성을 향상시키는 연구가 계속 진행되어야 할 것이다.
목차
초 록 ⅰ표 목차 ⅴ그림 목차 ⅵ제1장. 서론1.1. 배경 11.2. 친환경건축물 동향 21.2.1. 우리나라 21.2.2. 유럽 71.2.3. 미국 9제2장. 단열재의 종류 및 특성2.1. 이론적 배경 122.1.1. 열의 이동 122.1.2. 빛의 전달 142.1.3. 에어로젤의 단열특성 152.2. 전통적인 단열재 172.3. 최신 단열재 192.3.1. 에어로젤 192.3.2. Vacuum Insulation Panels (VIPs) 212.3.3. Gas-filled Panels 232.3.4. 상변화물질 242.4. 미래 단열재 242.5. 최신 단열재의 비교 282.6. 단열재 국내현황 302.7. 친환경건축물에서 에어로젤의 중요성 31제3장. 실험방법3.1. 단일체형 에어로젤의 제조 333.2. 에어로젤 채광창 제작 463.3. 에어로젤 복합보드 제작 513.3.1. 실리카 에어로젤 압축성형보드 513.3.2. 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드 533.3.3. 에폭시-에어로젤 혼합보드 563.4. 열전도도 측정 643.5. 채광창 투과도 측정 69제4장. 연구결과4.1. 에어로젤 채광창4.1.1. 열전도도 714.1.2. 투과도 754.2. 에어로젤 복합보드4.2.1. 실리카 에어로젤 압축성형보드 774.2.2. 폴리우레탄-에어로젤 발포성형보드 784.2.3. 에폭시-에어로젤 혼합보드 784.3. 에어로젤 단열재 활용가능성 평가 83제5장. 결론 84참고문헌 86
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