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[국내논문] 도시 열섬현상 저감을 위한 MPCM 적용 축열도료 제조 및 열적성능 평가
Preparation and Thermal Performance Evaluation of Heat Storage paint with MPCM for Reducing Urban Heat Island Effect 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.35 no.4, 2015년, pp.17 - 24  

정수광 (숭실대학교 대학원 건축학과) ,  강유진 (숭실대학교 대학원 건축학과) ,  위승환 (숭실대학교 대학원 건축학과) ,  장성진 (숭실대학교 대학원 건축학과) ,  김수민 (숭실대학교 건축학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The formation of heat islands causes high energy demand for space cooling and peak cooling loads in conditioned buildings. High-temperature fluctuations on a building roof may cause mechanical stress and increase surface deterioration. Thermal energy storage (TES) systems using microencapsulated pha...

주제어

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문제 정의

  • 이러한 PCM의 축열성능을 이용한 연구가 국내외에서 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 기존 PCM 연구에서는 PCM 재료 자체의 기반원천기술 확보를 위한 연구를 진행하였으나 본 연구에서는 건물 외피에 적용 가능한 도료의 형태로서 도시열섬현상을 저감하기 위한 연구를 진행하였다8-10).
  • 본 연구에서는 SEM, FTIR분석을 통하여 적용되는 MPCM이 도료와 어느 정도의 호환성을 가지는 것에 대한 검증과 더불어 추후, 에너지 효율 향상 연구를 수행하기 위한 기초 연구로서 활용하고자한다. 또한, DSC와 TGA 분석을 통하여 축열도료의 축열량 분석 및 열적 내구성에 대한 평가를 하고자 한다. 끝으로 전열해석 분석을 통하여 MPCM이 적용된 건축재료의 실질적인 피크온도 저감 성능과 타임랙 효과가 어느 정도인지 MPCM이 적용되지 않은 도료를 도포한 타일과 MPCM이 적용된 도료를 도포한 타일을 통해 분석하고자 한다.
  • 유성 도료는 바닥재 상도도료로서 내마모성, 부착력, 건조성 및 내후성이 우수하다는 특징을 가진다. 본 논문은 위와 같은 건물 외부용 도료에 MPCM을 적용해 혼합 도료의 열적 성능 및 물리적 성능을 분석하였다.
  • 본 실험은 건조된 MPCM에 외벽용 도료를 혼합해 열적 특성을 높이는 것을 목표로 하였다. 따라서 수성 도료와, 유성도료에 각각 MPCM 60g을 질량비에 따라 첨가하여 혼합된 MPCM을 제조하도록 한다.
  • 본 연구에서는 MPCM과 도료간의 열적 특성을 확인하기 위하여 DSC분석을 통해 MPCM 혼합도료의 녹는점, 냉각점, 잠열량 등의 열적 성능을 평가하였다. 수성도료 및 유성도료와 MPCM 혼합물의 열적 특성에 대한 결과는 표 2와 3에 각각 나타내었다.
  • 본 연구에서는 MPCM과 수성 및 유성도료의 호환성에 대한 분석을 위하여 Scanning electron microscope (SEM)을 통하여 미세구조를 분석하였으며, Fourier transformation infrared spectrophotometer (FTIR)를 이용하여 축열도료의 지속적인 축열성능 발현여부와 더불어 화학적 결합 유무를 확인하였다. 또한, 제조된 축열도료의 열적 성능을 분석하기 위하여 Deferential scanning calorimeter (DSC)를 이용하여 제조된 축열도료의 용융점과 응고점 및 잠열량을 0-80℃에서 승온속도 5℃/min의 분석조건으로 확인하였다.
  • 본 연구에서는 SEM, FTIR분석을 통하여 적용되는 MPCM이 도료와 어느 정도의 호환성을 가지는 것에 대한 검증과 더불어 추후, 에너지 효율 향상 연구를 수행하기 위한 기초 연구로서 활용하고자한다. 또한, DSC와 TGA 분석을 통하여 축열도료의 축열량 분석 및 열적 내구성에 대한 평가를 하고자 한다.
  • 본 연구에서는 도시 열섬현상을 저감시키기 위하여 MPCM 적용 축열도료를 제조하였다. 제조된 도료는 SEM, FITR, DSC 및 TGA 분석을 통하여 물리적, 열적 성능을 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국내에서는 상변화물질의 어떤 특징에 대해서 연구가 활발히 이뤄지고 있는가? 상변화물질은 양초와 같은 개념으로 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 이러한 PCM의 축열성능을 이용한 연구가 국내외에서 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 기존 PCM 연구에서는 PCM 재료 자체의 기반원천기술 확보를 위한 연구를 진행하였으나 본 연구에서는 건물 외피에 적용 가능한 도료의 형태로서 도시열섬현상을 저감하기 위한 연구를 진행하였다8-10).
상변화물질이란 무엇인가? 상변화물질(PCMs; Phase Change Materials) 은 온도의 변화에 따라 상이 변하는 물질로, 물질이 고체에서 액체, 혹은 액체에서 고체로 상이 변할 때 잠열의 형태로 열에너지를 축적하는 특성을 가진다4-7). 잠열은 물질의 상태변화에 따른 흡수 또는 방출하는 열을 말하며, 온도변화에 따른 현열에 비해 열에너지 저장 효율이 매우 뛰어나다.
도시의 열섬현상이란? 전 세계 기후변화에 따른 기온 상승과 더불어 도시 역시 인구 집중, 도시화의 진행으로 인한 도시의 열수지 변화로 인해 도시의 열섬 현상이 발생하고 있다1). 도시의 열섬현상은 기후변화로 인해 생긴 대표적인 문제로 도시의 기온이 교외보다 비정상적으로 높아지고 있는 현상으로 시민의 건강악화 및 경제적 손실 등을 유발하고 있다2)3). 열섬현상으로 형성된 고온은 자연환경에 영향을 주게 되고 이는 주민 생활과 건강에도 영향을 미치기 때문에 최근 문제시 되고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Santamouris. M, A review of reflective and green roof mitigation technologies to fight heat island and improve comfort in urban environments, Solar Energy, Vol. 103, pp. 682-703, 2014. 

  2. Santamouris. M, Heat island research in Europe: the state of the art, Advances in Building Energy Research, Vol. 1, pp. 123-150, 2007. 

  3. Costanzo. V, Evola. G, Marletta. L, Gagliano. A, Proper evaluation of the external convective heat transfer for the thermal analysis of cool roofs, Energy and Buildings, Vol. 77, pp. 467-477, 2014. 

  4. Zhang. Y, Zhou. G, Lin. K, Zhang. Q, Di. H, Application of latent heat thermal energy storage in buildings: state-of-the-art and outlook, Building and Environment, Vol. 42, pp. 2197-2209, 2007. 

  5. Sun. X, Zhang. Q, Medina. M.A, A study on the use of phase change materials (PCMs) in combination with a natural cold source for space cooling in telecommunications base stations (TBSs) in China, Applied Energy, Vol. 117, pp. 95-103, 2014. 

  6. Memon. S.A, Phase change materials integrated in building walls: a state of the art review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 31, pp. 870-906, 2014. 

  7. Pomianowski. M, Heiselberg. P, Zhang. Y, Review of thermal energy storage technologies baed on PCM application in buildings, Energy and Buildings, Vol. 67, pp. 56-69, 2013. 

  8. Chung, O, Jeong. S. G, Yu. S, Kim. S, Thermal performance of organic PCMs/micronized silica composite for latent heat thermal energy storage, Energy and Buildings, Vol. 70, pp. 180-185, 2014. 

  9. Jeong, S. G, Chung. O, Yu. S, Kim. S, Kim. S, Improvement of the thermal properties of Bio-based PCM using exfoliated graphite nanoplatelets, Solar Energy Materials and Solar Cells, Vol. 117, pp. 87-92, 2013. 

  10. Jeong, S. G, Cha. J, Kim. S, Seo. J, Lee. J. H, Kim. S, Preparation of thermal-enhanced epoxy resin adhesive with organic PCM for applying wood flooring, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, Vol. 117, No. 3, pp. 1027-1034, 2014. 

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