[논문]차열도료 적용에 의한 열섬현상 저감방안 시공사례 연구

김동우; 방극호; 이득선; 김해동

차열도료 적용에 의한 열섬현상 저감방안 시공사례 연구
Experimental Investigation of reducing the heat island effects using the newly developed isolation-heat paint and the heat exchanging paint 원문보기

김동우 (수원과학대학 건축설비소방과) , 방극호 (대림대학 설비계열) , 이득선 (SK건설(주) Complex팀) , 김해동 (대하기업)

This study practically investigated the effects of the newly developed isolation-heat paints applied into the buildings and the roads in Japan. After 1970 since the gravitation of population toward the cities has got more deeply involved due to the development of industries, the increased paved roads and the heats come out from the industrial chimneys cause the heat island effect. The dark colored paints on the roads and the stagnations of air blocked by large buildings turned out to be also the main reasons for the heat island effect. Therefore, in order to cool down the heats accumulated in buildings and roads, the developed isolation-heat paints applied into several different regions and the decreased temperatures and heats were accurately measured and reported.

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문제 정의

본고에서는 열섬현상 저감대책의 일환으로 차열 도료(로드쿨러, 열교환도료)의 특징 및 적용사례를 중심으로 태양열을 재귀반사(再歸反射)시키는 원리로 우주에 반사하여 승온, 축열하지 않는 방법으로 시원한 도시조성에 공헌할 수 있는 로드 쿨러와 에너지 교환작용으로 열에너지를 분산시켜 표면온도를 저하시켜주는 열교환도료의 특성을 중심으로 그 저감대책 및 에너지 절감효과에 관해 기술하고자 한다.

제안 방법

5와 같이 2008년 1월 10일 나고야 마쯔오까 콘크리트 공업주식회사 실험실에서 100V, 110W 백열램프를 사용, 시험편(50×50×10㎜)인 몰탈에, 비접촉온도계(FLUKE 63) 비접촉 타입의 사용기구를 이용하여 시험편 5종류의 실험을 수행하였다. 측정시기는 램프 점등 후 4시간, 램프와의 거리 18㎝이고 측정상황은 단열재로서의 발포스티로폴 상에 시험편를 올려놓고, 빛이 표면에만 닿도록 종이 상자로 둘러쌓아 실험하였다.
Figure 16처럼 태양광에 근사한 일사장치를 열교환도료와 일반 도료를 바른 철판위에 설치하고 똑같은 양의 일사(日射)를 동시에 조사(照射)하는 방식의 실험이다. 측정은 각각의 판에 온도계 센서를 부착하여 온도를 측정하였으며, 일반도료를 바른 참조 표준판의 온도가 60℃가 되었을 때 시험판(열교환도료)의 온도를 측정하는 방식으로 진행되었다. 색상은 일반도료는 그레이, 열교환도료는 백색과 흑색을 따로 측정하였다.

대상 데이터

비즈의 직경에 따른 콘크리트의 온도차 실험은 Fig. 5와 같이 2008년 1월 10일 나고야 마쯔오까 콘크리트 공업주식회사 실험실에서 100V, 110W 백열램프를 사용, 시험편(50×50×10㎜)인 몰탈에, 비접촉온도계(FLUKE 63) 비접촉 타입의 사용기구를 이용하여 시험편 5종류의 실험을 수행하였다.
측정은 각각의 판에 온도계 센서를 부착하여 온도를 측정하였으며, 일반도료를 바른 참조 표준판의 온도가 60℃가 되었을 때 시험판(열교환도료)의 온도를 측정하는 방식으로 진행되었다. 색상은 일반도료는 그레이, 열교환도료는 백색과 흑색을 따로 측정하였다.
Figure 17은 일본 가미자끼 종합청사의 시범현장으로 시공전과 시공후의 외부기온 조건이 거의 같은 경우에서의 온도비교이다. 측정기구는 Thermo Recorder TR-57C를 사용하였으며 측정장소는 회의실 슬레이트 표면과 안쪽, 회의실 실내 및 외부에서 측정한 값이다.

성능/효과

금속종류에 따른 온도차비교에서는 Fig. 6처럼 스텐레스가 제일 크고 철45%+알루미늄55%, 알루미늄100%순으로 나타났고, 1시간마다의 온도 상승을 확인한 결과 일정시간 경과 후에는 온도차가 거의 일정한 값을 유지함을 알 수 있다.
또한 공조 설비에 드는 공사비용을 절감할 수 있으며, 설비를 작동시키는 데 필요한 에너지와 그에 따른 제반비용도 절약할 수 있다. 약 300평 면적의 지붕에 열교환도료를 시공하였을 때 어느정도의 냉방비 절감 효과가 있는지 계산해본 결과 년 6,874,200원, CO₂의 양으로 환산하면 27t(환경청 환산1KWH＝0.378kg CO₂ 인용)의 양이 절감된다는 결과가 나왔다. 단 한 번의 도장으로 경제적인 효과는 물론 오존층 파괴의 원인인 CO₂를 대량 줄일 수 있는 것이다.
위의 실험을 통하여 열교환도료가 일반도료는 물론 일반 차열도료와 견주어 보았을 때에도 뛰어난 온도상승억제효과가 있다는 것이 입증되었다.
좌측의 서모그래프를 보면 알 수 있듯이 같은 조건 하에서 열교환도료를 도장한 운동장 위의 어린이들의 체온은 30℃에서 36℃사이의 정상체온을 유지하고 있는 반면, 일반 도료를 도장한 모 초등학교의 운동장 표면의 온도는 물론, 그 위에서 체육활동을 하고 있는 어린이들의 체온도 색상을 통해 한층 올라간 것을 확인할 수 있다. 이처럼 한여름 야외활동을 할 경우 같은 기온에서도 바닥의 복사열에 의해 쾌적함을 느끼는 정도가 크게 차이남을 알 수 있으며, 열교환도료는 이러한 복사열 저감에 보다 효과적인 해결책이라는 것을 확인할 수 있다.
좌측의 서모그래프를 보면 알 수 있듯이 같은 조건 하에서 열교환도료를 도장한 운동장 위의 어린이들의 체온은 30℃에서 36℃사이의 정상체온을 유지하고 있는 반면, 일반 도료를 도장한 모 초등학교의 운동장 표면의 온도는 물론, 그 위에서 체육활동을 하고 있는 어린이들의 체온도 색상을 통해 한층 올라간 것을 확인할 수 있다. 이처럼 한여름 야외활동을 할 경우 같은 기온에서도 바닥의 복사열에 의해 쾌적함을 느끼는 정도가 크게 차이남을 알 수 있으며, 열교환도료는 이러한 복사열 저감에 보다 효과적인 해결책이라는 것을 확인할 수 있다.
시험결과는 참조표준판 온도가 올라감에 따라 시험판의 온도도 일정하게 상승하였지만, 수치의 격차는 크게 벌어졌다. 참조표준판의 온도계 센서가 60℃를 가리킬 때 흑색 시험판의 온도는 57.3℃(일사반사율 26%), 백색 시험판의 온도는 39.4℃(일사반사율 87.5 %)로 무려 20℃ 가까이 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 흑색 시험판의 경우, 흑색이 열흡수색인 것을 감안할 때 그레이색인 일반 도료보다 낮은 온도로 측정되었으며, 흰색의 경우는 보다 뛰어난 차열효과를 나타내고 있었다.
측정조건은 공시체 몰탈 (50×50×10㎜)에 110W 백열램프를 18㎝떨어진 위치에서 조사하여, 비접촉 온도계로 1시간마다 측정한 결과 Fig. 7처럼 일정 시간 경과 후 로드쿨러가 플레인콘크리트보다 약 30℃의 온도저하가 나타남을 알 수 있다.
5 %)로 무려 20℃ 가까이 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 흑색 시험판의 경우, 흑색이 열흡수색인 것을 감안할 때 그레이색인 일반 도료보다 낮은 온도로 측정되었으며, 흰색의 경우는 보다 뛰어난 차열효과를 나타내고 있었다.

후속연구

또한 공조 설비에 드는 공사비용을 절감할 수 있으며, 설비를 작동시키는 데 필요한 에너지와 그에 따른 제반비용도 절약할 수 있다. 약 300평 면적의 지붕에 열교환도료를 시공하였을 때 어느정도의 냉방비 절감 효과가 있는지 계산해본 결과 년 6,874,200원, CO₂의 양으로 환산하면 27t(환경청 환산1KWH＝0.
또한 차열도료(로드쿨러, KJ체인지코트)는 도장만으로 여름철 건물의 실내온도를 낮춰 실내 환경을 보다 쾌적하게 개선시켜 주며 더불어 냉매가스 등의 주요 배출원인 에어컨 등의 사용을 최소화 할 수 있어 온실가스 감축에 큰 효과를 기대할 수 있다. 공조 설비 설치에 드는 공사비용을 절감할 수 있으며, 설비를 작동시키는 데 필요한 에너지와 그에 따른 제반비용도 절약할 수 있다.
차열도료를 공원, 보도, 건물외벽 등에 시공하면 표면의 복사열감소로 인하여 인공열 또한 근본적으로 저감시킬 수 있게 되고 어린이들이 뒹굴며 노는 놀이터나 운동장, 수영장 등에 시공하여도 보다 안전한 차열효과를 기대할 수 있다. 이처럼 에너지절감용 친환경 건축자재인 차열도료는 단순한 차열효과의 기능을 넘어 저탄소 녹색성장의 원동력으로 에너지절약은 물론 도시의 열섬 현상과 열대야 현상, 지구온난화까지 대응할 수 있으리라 기대된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

열섬현상의 주요인은 무엇인가?

한여름이 되면 도시는 열섬현상으로 몸살을 겪는다. 열섬현상의 주요인으로는 대기오염과 함께 건물이나 지표에서 뿜어내는 인공열을 들 수 있다. 이 인공열과 대기오염에 의해 마치 도시 전체가 비닐하우스에 둘러싸인 것과 같은 온실효과가 나타나는 것인데, 근래 지구 환경문제가 심각해짐에 따라 도시환경 문제의 하나로서 여름철 외부 온열환경의 악화가 큰 문제로 대두되고 있다.

도시의 열섬현상의 주요한 원인은 무엇인가?

도시 내에서 인공적으로 배출되는 열은 교외보다 매우 높다. 즉, 자동차, 공장, 난로, 조명, 냉난방기기 등으로 인해 발생되는 인공적인 열이 도시 열섬의 주요한 원인이 된다. 도시의 열섬현상은 산업화가 진행되면서 더욱 확연하게 들어났다.

도시 열섬현상이란 무엇인가?

도시 열섬현상이란 도시화와 고도의 토지이용이 진행되면서 나타나는 기후적 특성으로서, 도시 안에서 발생하는 인공 열과 대기오염, 건축물, 포장된 도로 등의 영향으로 도심이 주변의 교외지에 비해 고온의 공기가 섬 모양으로 뒤덮고 있는 상태를 일컫는다. 도시 열섬현상은 고층빌딩증가로 인한 건축물 표면온도를 급속히 상승시키고 그 결과 도시 내부의 온도를 상승시키는 데 영향을 미치며 또한 건축물과 포장도로의 증가는 녹지공간 비율의 감소로 인한 수목 및 녹지의 차양, 증발산 효과 감소로 인해 나타난다.

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