마이크로캡슐 상변화물질과 탄소나노튜브가 적용된 고효율 열에너지 저장 시멘트 복합체의 기계적 및 열적 성능검증 연구 :An Experimental Research on Thermal Performance and Mechanical Performance of High Efficient Thermal Storage Cementitious Composites using Micro-Encapsulated Phase Change Materials and MWCNTs

안준혁

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안준혁 (인천대학교, 인천대학교 대학원)

지도교수: 허종완

발행연도: 2022

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2024

마이크로캡슐 상변화 물질이 적용된 고효율 열에너지 저장 시멘트의 열적 성능검증 연구

안준혁 한국콘크리트학회 학술대회 논문집 2024.05 학술대회자료

2022

마이크로캡슐 상변화 물질을 혼입한 열에너지 저장 시멘트 복합체의 성능검증 연구

안준혁 대한토목학회 학술대회 2022.10 학술대회자료

마이크로캡슐 상변화물질과 탄소나노튜브가 적용된 고효율 열에너지 저장 시멘트 복합체의 기계적 및 열적 성능검증 연구

안준혁 건설환경공 2022.01 학위논문

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건축물은 특성상 외기 환경에 노출될 수밖에 없고 시간 이력과 환경적 요인에 따라 구조적 성능이 감소하게 된다. 그 중 동결융해는 건출물의 콘크리트 내부에 공극을 생성하고 내부 균열을 발생시켜 노후화를 가속한다. 특히 사계절이 뚜렷한 우리나라 건출물의 경우, 동결융해에 많은 영향을 받고 있고 이에 따른 내부 균열은 치명적인 문제라 할 수 있다. 본 연구에서는 동결융해에 따른 내부 균열 발생을 최소화하기 위해 열에너지 저장성능을 가진 상변화물질을 시멘트 복합체에 적용하였다. 상변화물질은 상이 변화는 과정에서 열에너지를 흡수, 저장 및 방출할 수 있는 성질을 갖고 있으며, 이런 성질은 동결융해 빈도수와 난방에너지를 최소화할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 상변화물질을 시멘트 복합체에 적용할 수 있도록 마이크로캡슐에 넣고, 이들이 적용된 열에너지 저장 시멘트 복합체에 대해 실내 실험을 통해 성능을 검증하였다. 열전달 효율 및 기계적 특성 향상을 위해 나노 소재인 탄소나노튜브와 실리카 퓸을 함께 혼입하였다. 먼저 열적 특성을 특정할 수 있는 재료 실험을 수행하여 마이크로캡슐 상변화물질의 열적 특성을 분석하였다. 마이크로캡슐 상변화물질과 탄소나노튜브 및 실리카 퓸 등을 배합하여 시멘트 복합체를 제작하였으며, 구조적 성능검증을 위해 역학적 및 열적 성능 실험을 수행하였다. 역학적 성능 실험을 통해 마이크로캡슐 상변화물질이 혼입됨에 따른 강도 저하가 탄소나노튜브 및 실리카 퓸을 통해 강도가 향상되었음을 확인하였다. 열주기 실험을 수행하여 영하의 온도에서도 고효율 열에너지 저장 시멘트 복합체가 영상의 온도를 유지하는 것을 확인하였으며 열선 실험에서는 일반 시멘트 복합체 대비 열전달 효율이 향상되어 외부에너지 소비량이 절약되었음을 확인함으로써 고효율 열에너지 저장 성능을 입증하였다

Building is inevitably exposed to the external environment, and over time, structural performance will decline due to environmental factors. Among them, freezing and thawing creates voids inside the building and causes internal cracks to accelerate aging. Especially for buildings in South Korea with four distinct seasons, internal cracks caused by freezing and thawing in winter are a fatal problem. To minimize this, in this study, phase change material (PCM) with heat storage performance was applied to cementitious composite. PCM is a material that can absorb, store and release heat energy during the phase change process, which can minimize the frequency of freezing-thawing and heating energy. Therefore, in this study, the PCM was put into the micro-capsule to be applied to the cementitious composite and the experimental performance verification study of the heat storage cementitious composite was carried out. In addition, Carbon Nano Tube (CNT) and silicon fume were added to improve heat transfer efficiency and mechanical properties of cementitious composite. In the experimental study, the thermal performance of the micro-capsule PCM was verified conducting material experiments that can measure the thermal performance. Afterwards, the cementitious composite was prepared. The mechanical performance and thermal performance tests were carried out to verify its performance. At this time, to verify the thermal performance, thermal cycle test and hot wire test were performed. Through the mechanical performance experiment, it is confirmed that CNT and silicon fume improved the strength reduction caused by the incorporation of micro-encapsulated PCM. Through thermal cycle test, it is confirmed that high-efficiency heat storage cementitious composite can maintain temperatures above zero even at sub-zero temperatures. And in the hot wire test, compared with the ordinary cementitious composite, the heat transfer efficiency was improved, and external energy consumption was saved. Thus, proved its efficient heat storage performance.

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국문초록 ⅰ
목 차 ii
표 목 차 iv
그림목차 v
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 및 필요성 1
1.2 연구 목적 8
1.3 연구 범위 및 내용 8
제 2 장 이론적 고찰 11
2.1 열에너지 저장 시멘트 복합체 개요 11
2.1.1 열에너지 저장 개념 및 방법 11
2.1.2 상변화물질 종류 및 특성 18
2.2 열에너지 저장 시멘트 복합체 기존 연구동향 30
제 3 장 실험 설계 35
3.1 열에너지 저장 시멘트 복합체 사용재료 35
3.1.1 시멘트 35
3.1.2 골재 36
3.1.3 마이크로캡슐 파라핀 상변화물질 37
3.1.4 다중벽 탄소나노튜브 40
3.1.5 실리카 퓸 42
3.2 배합 설계 및 시편 제작 44
3.2.1 배합 설계 44
3.2.2 다중벽 탄소나노튜브의 분산 45
3.2.3 시편 제작 47
3.3 실험 설계 54
3.3.1 재료 특성 실험 설계 54
3.3.1 시멘트 복합체 성능 실험 설계 55
제 4 장 실험 결과 및 분석 60
4.1 재료 특성 실험 결과 및 분석 60
4.1.1 시차열량주사계 분석 60
4.1.2 열중량분석 63
4.2 열에너지 저장 시멘트 복합체의 성능 실험 결과 및 분석 66
4.2.1 열에너지 저장 시멘트 복합체 역학적 성능 분석 66
4.2.2 열에너지 저장 시멘트 복합체 미세구조 분석 70
4.2.3 열에너지 저장 시멘트 복합체 열적 성능 분석 73
4.2.4 열선 에너지 저장 시멘트 복합체 열적 성능 분석 100
제 5 장 결 론 135
참고문헌 139
ABSTRACT 147

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	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

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