김형철
(Dept. of Metropoitan Transportation Research Center, Kiee Univerity)
,
장정훈
(Seoul National Univerity of Science & Technology)
,
신승권
(Dept. of Metropoitan Transportation Research Center, Kiee Univerity)
,
박용섭
(Chosun college of Science & Technology)
,
김상암
(Dept. of Metropoitan Transportation Research Center, Kiee Univerity)
,
김형래
(Seoul National Univerity of Science & Technology)
,
현병수
(Dept. of Metropoitan Transportation Research Center, Kiee Univerity)
,
김진호
(Dept. of Metropoitan Transportation Research Center, Kiee Univerity)
In this paper, because of global environmental problems such as energy shortage and abnormal climate, green energy development and energy saving technology development is being magnified. Heat insulation, the most basic and traditional energy saving method, is highly expected. Especially, simple and...
In this paper, because of global environmental problems such as energy shortage and abnormal climate, green energy development and energy saving technology development is being magnified. Heat insulation, the most basic and traditional energy saving method, is highly expected. Especially, simple and advanced heat insulation technique based on Nano material is promising future technology. The railway system also requires heat insulation. Especially, traditional heat insulator such as glass wool has been adopted frequently to rolling stock. The heat insulator is also adopted in general railway service buildings. Take account of cost-effective heat blocking performance, the heat insulator shall be adopted in diverse fields such as electric power, railroad, signal and communication. The only and direct solution for this problem is installing heat insulator with outstanding endurance, corrosion resistance and heat resistance to block outer heat Upgrading heat specification of equipment can be a solution, but since price and maintenance cost rise severely, this plan might be incongruous. In this research, energy saving effect of ultrathin heat insulator film was demonstrated by installing the film on roof of electrical room.
In this paper, because of global environmental problems such as energy shortage and abnormal climate, green energy development and energy saving technology development is being magnified. Heat insulation, the most basic and traditional energy saving method, is highly expected. Especially, simple and advanced heat insulation technique based on Nano material is promising future technology. The railway system also requires heat insulation. Especially, traditional heat insulator such as glass wool has been adopted frequently to rolling stock. The heat insulator is also adopted in general railway service buildings. Take account of cost-effective heat blocking performance, the heat insulator shall be adopted in diverse fields such as electric power, railroad, signal and communication. The only and direct solution for this problem is installing heat insulator with outstanding endurance, corrosion resistance and heat resistance to block outer heat Upgrading heat specification of equipment can be a solution, but since price and maintenance cost rise severely, this plan might be incongruous. In this research, energy saving effect of ultrathin heat insulator film was demonstrated by installing the film on roof of electrical room.
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문제 정의
기기와 장치의 열 관련 사양을 업그레이드하는 방안도 있으나 가격과 유지보수 비용이 상승하는 등 비용 측면에서 바람직하지 않다. 본 논문에서는 천안 전기실 지붕에 초박막 단열재를 시공한 사례를 보여주고 있다.
제안 방법
단열전·후의 비교를 위하여 옥상의 일부는 단열 시공하지 않았으며 ,8 Channel Digital 온도 센서 및 Logger를 이용하여 샌드위치 판넬 건물의 옥상의 표면 온도를 1초 간격으로 측정하였다.
또한 전자현미분석기(EPMA : Electron Probe Micro Analyzer) 및 주사전자 현미경(FM-SEM : Field Emission Scanning Electron Microscope)을 통하여 액체 단열 분석 시험을 하였다. 전자 현미분석기는 일본의 Shimadzu Corporation 사의 것을 사용하였다.
단열의 성능 확인을 위하여 천안역 변전소의 샌드위치 판건물 옥상에 단열 시공을 하였다. 균일한 도포를 위하여 Airless 강압식 스프레이를 이용하여 시공하였으며, 단열의 시공은 0.
단열의 성능 확인을 위하여 천안역 변전소의 샌드위치 판건물 옥상에 단열 시공을 하였다. 균일한 도포를 위하여 Airless 강압식 스프레이를 이용하여 시공하였으며, 단열의 시공은 0.5mm씩 4층(4-layer) 코팅하였으며 전체 평균 2mm 의 코팅 하였다. 단열전·후의 비교를 위하여 옥상의 일부는 단열 시공하지 않았으며 ,8 Channel Digital 온도 센서 및 Logger를 이용하여 샌드위치 판넬 건물의 옥상의 표면 온도를 1초 간격으로 측정하였다.
단열 시공한 후 열화상 카메라를 이용하여 천안역 변전소 건물의 표면온도를 측정하여 단열 효과를 알아보았다. 단열 시공한 표면의 온도와 단열 시공 하지 않은 표면 온도는 각각 36.
6℃ 로 18℃이상의 차이를 보였다. 단열 코팅이 완전히 마르지 않은 것을 감안하여 24시간 경과 후부터 8채널에 연결된 디지털 온도계의 데이터 로거를 다운받아 각 개소의 온도를 살펴보았으며, 그 결과에 대해 도식화된 그림은 그림8에 보여주고 있다. 8개의 디지털 온도센서 중, CH1~6은 단열시공한 부분의 온도를, CH7~8 은 단열시공하지 않은 부분의 온도를 측정하였다.
단열 코팅이 완전히 마르지 않은 것을 감안하여 24시간 경과 후부터 8채널에 연결된 디지털 온도계의 데이터 로거를 다운받아 각 개소의 온도를 살펴보았으며, 그 결과에 대해 도식화된 그림은 그림8에 보여주고 있다. 8개의 디지털 온도센서 중, CH1~6은 단열시공한 부분의 온도를, CH7~8 은 단열시공하지 않은 부분의 온도를 측정하였다. 단열 시공한 부분과 단열 시공하지 않은 부분의 온도 측정결과 최소 6℃~ 최대 19℃의 온도 변화 차이를 보이고 있다.
대상 데이터
또한 전자현미분석기(EPMA : Electron Probe Micro Analyzer) 및 주사전자 현미경(FM-SEM : Field Emission Scanning Electron Microscope)을 통하여 액체 단열 분석 시험을 하였다. 전자 현미분석기는 일본의 Shimadzu Corporation 사의 것을 사용하였다. EPMA 분석결과 중합체인 아크릴과 고무의주성분인 탄소가 주를 이루고 있으며, 세라믹을 구성하는 주된 원소인 산소가 가장 큰 비율을 차지하고 있으며, UTHI 의 실리콘 구와 세라믹 구를 구성하는 Si과 Ti 성분이 포함되어 있고 기타원소들이 UTHI 구성을 위해 포함된 걸 알 수 있다.
본 논문에서의 샌드위치 판넬로 지어진 가설건물인 천안역 변전소는 여름철 (특히 요즈음 같은 이상기온에 의한 고온현상) 대기온도 상승에 의한 외부 태양열의 상승으로 인해 지속적으로 표면온도가 증가하여 변전소 내부로의 복사열이 전달되어 내부 온도의 상승을 초래하고 있다. 본 초박형 액체 단열 시공의 결과에서 보여 지는 것과 같이 변전소 천정의 표면온도가 최소 6℃~ 최대 19℃의 온도 상승을 억제하고 있으므로 변전소 내부로의 전달되는 복사열을 상당부분 줄일 수 있을 것으로 예상 된다.
이론/모형
본 연구에서는 초박형 액체 단열재 특성 시험을 위해 스핀 코팅법을 이용하였다. 스핀 코팅(Spin Coating)은 평평한 기판에 매우 얇고 균일한 필름막을 입히는 경우 선호되는 공법이다.
박막의 두께, 경화 온도 등에 대한특성 변화의 효과를 보기에 유리하여 초기 실험 단계에서 많이 사용된다. 본 논문에서도 스핀 코팅법을 이용하여 박막을 형성하였다.
성능/효과
전자 현미분석기는 일본의 Shimadzu Corporation 사의 것을 사용하였다. EPMA 분석결과 중합체인 아크릴과 고무의주성분인 탄소가 주를 이루고 있으며, 세라믹을 구성하는 주된 원소인 산소가 가장 큰 비율을 차지하고 있으며, UTHI 의 실리콘 구와 세라믹 구를 구성하는 Si과 Ti 성분이 포함되어 있고 기타원소들이 UTHI 구성을 위해 포함된 걸 알 수 있다.
주사전자 현미경으로 확인결과 다수 직경의 200 um 이하의 실리콘 구체와 직경 100 um 이하의 세라믹 마이크로 진공체를 포함하는 폴리머 중합체를 확인할 수 있으며, Cocoon은 실리콘 microsphere와 그 주변 Ceramic microspheres의 형태로 형성되어있다.
본 논문에서의 샌드위치 판넬로 지어진 가설건물인 천안역 변전소는 여름철 (특히 요즈음 같은 이상기온에 의한 고온현상) 대기온도 상승에 의한 외부 태양열의 상승으로 인해 지속적으로 표면온도가 증가하여 변전소 내부로의 복사열이 전달되어 내부 온도의 상승을 초래하고 있다. 본 초박형 액체 단열 시공의 결과에서 보여 지는 것과 같이 변전소 천정의 표면온도가 최소 6℃~ 최대 19℃의 온도 상승을 억제하고 있으므로 변전소 내부로의 전달되는 복사열을 상당부분 줄일 수 있을 것으로 예상 된다. 또한 본 단열 시공으로 부가적으로 내부온도 상승에 의한 전기 제어장치의 오작동 방지, 기기 오작동에 의한 철도 안전 문제의 근본적인 해결, 내․외부 온도차의 감소로 인한 겨울철 결로에 의한 누전 및 오작동 방지 효과, 기존 단열재에 비해 경제적으로 비용절감 및 효과 우수 등이 기대된다.
후속연구
본 초박형 액체 단열 시공의 결과에서 보여 지는 것과 같이 변전소 천정의 표면온도가 최소 6℃~ 최대 19℃의 온도 상승을 억제하고 있으므로 변전소 내부로의 전달되는 복사열을 상당부분 줄일 수 있을 것으로 예상 된다. 또한 본 단열 시공으로 부가적으로 내부온도 상승에 의한 전기 제어장치의 오작동 방지, 기기 오작동에 의한 철도 안전 문제의 근본적인 해결, 내․외부 온도차의 감소로 인한 겨울철 결로에 의한 누전 및 오작동 방지 효과, 기존 단열재에 비해 경제적으로 비용절감 및 효과 우수 등이 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
전기철도 전기실의 전기시설물은 일반적으로 보수 점검이 용이하고 신뢰성이 높은 큐비클식을 많이 사용하고 있는데 이 이유는 무엇인가?
이러한 전기시설물은 일반적으로 보수 점검이 용이하고 신뢰성이 높은 큐비클식을 많이 사용하고 있다. 왜냐하면 설치 면적이 적고 기기의 구성이 간소하여 소형화 되며 보수 유지가 쉽고 고전압 기기가 모두 접지된 금속함에 넣어져 있으므로 사용자의 감전 재해, 기기의 고장에 의한 화재나 피해가 적고 간단하게 설비의 증설을 할 수 있는 장점이 있기 때문이다[5].
단열재는 어떤 특성이 필요한가?
단열재는 낮은 열전도율뿐만 아니라, 건설현장 응용성, 기계적강도, 내화성, 비용 및 환경영향 등을 고려하여야 하므로, 기존의 단열재 및 최신 단열재를 활용하는 동시에 미래기술을 확보하고자 하는 지속적인 노력이 이루어지고 있다. 단열재로서 낮은 열전도율이 가장 중요한 특성이지만, 기계적 강도, 내화성, 내구성 등 자재가 가져야 하는 특성도 필요하다.
최신의 단열재인 매우 낮은 열전도율을 지닌 VIP 및 에어로젤의 장점은 무엇인가?
단열재는 건축물과 산업용으로 과거부터 널리 사용되고 있는 미네랄울, 암면, 폴리우레탄, 유리섬유 등 전통적인 단열재로부터 최근에 주목받고 있는 VIP(Vacuum Insulation Panel), 에어로젤, 그리고 미래기술로 연구되고 있는 VIM(Vacuum Insulation Material), DIM(Dynamic Insulation Material) 및 NIM(Nano Insulation Material) 등이 있다. 최신의 단열재인 매우 낮은 열전도율을 지닌 VIP 및 에어로젤은 기존 단열재에 비해 에너지 소모를 줄일 수 있으므로 주거면적을 크게 확대할 수 있는 장점이 있으며, 특히 에어로젤은 반투명 및 투명재질로 만들 수 있어 건물에 응용될 수 있는 가능성이 매우 크다. 단열재는 낮은 열전도율뿐만 아니라, 건설현장 응용성, 기계적강도, 내화성, 비용 및 환경영향 등을 고려하여야 하므로, 기존의 단열재 및 최신 단열재를 활용하는 동시에 미래기술을 확보하고자 하는 지속적인 노력이 이루어지고 있다.
참고문헌 (9)
Korea railroad research institute, “The feasibility study on railway systems and nono technologies”, 2012
Korea railroad research institute, “The fundamental study on nono-technology combined traction power systems”, 2011.
Hyungchul Kim, “Trend of nono-technologies application on electric railwway systems”, The korea institute of electrical engineers, 2012
Bjorn, Petter, Jelle, “Traditional, State-of-the-Art and Future Thermal Building Insulation Materials and Solutions-Properties, Requirements and Possibilities”, Energy and Buildings, 43(10), 2549-2563 (2011).
K.Ko, “Optical Properties of Columnar Structure of ZnO Thin Films Prepared by RF Magnetron sputtering Method", IFFM2011, 2011.
Byunggu Kim “The characteristic and application of nano metals materials”, Advanced Material and Processing, Metals and Materials International, Vol. 14권 2001
Sangam Kim, “Technology trend of advanced materials”, The korea institute of electrical engineers, 2012
Kyunwoo Park, “A Study on Physical Characteristics of Silica Aerogel/Polymer Composite Materials”, KIEE 2013
Minchul Chun, “Comparative study of characteristics between AZO and GZO thin films deposited by spin coating”, KIEE 2012
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