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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)부전 |
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2016-01 |
과제시작연도 | 2014 |
주관부처 | 농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 | TRKO201600003497 |
과제고유번호 | 1545009340 |
사업명 | 수출전략기술개발 |
DB 구축일자 | 2016-07-02 |
키워드 | Flame-spread prevention.Aluminum screen.Product system.Thermo-keeping.Horticultural materials. |
DOI | https://doi.org/10.23000/TRKO201600003497 |
Ⅴ. 연구개발결과
1. 시설 원예자재 수출 활성화를 위한 화염확산 억제 알루미늄 스크린 및 생산시스템 개발
가. 화염확산 억제 알루미늄 스크린용 소재 탐색 및 개발
알루미늄 필름과 PET 필름 및 직조사의 탄화거리 시험을 수행하여 화염확산 억제 알루미늄스크린의 소재에 대한 화염억제 효과를 분석하였다. 본 연구에서는 가장 이상적인 화염확산 억제 알루미늄 스크린 설계를 위하여 소재의 폭을 4 mm type과 5 mm type 폭을 비교 하여 작업성과 직조 시간 단축 및 결속강도 내구성 등을 고려하여 설계 하였으며, 화염
Ⅴ. 연구개발결과
1. 시설 원예자재 수출 활성화를 위한 화염확산 억제 알루미늄 스크린 및 생산시스템 개발
가. 화염확산 억제 알루미늄 스크린용 소재 탐색 및 개발
알루미늄 필름과 PET 필름 및 직조사의 탄화거리 시험을 수행하여 화염확산 억제 알루미늄스크린의 소재에 대한 화염억제 효과를 분석하였다. 본 연구에서는 가장 이상적인 화염확산 억제 알루미늄 스크린 설계를 위하여 소재의 폭을 4 mm type과 5 mm type 폭을 비교 하여 작업성과 직조 시간 단축 및 결속강도 내구성 등을 고려하여 설계 하였으며, 화염확산 억제 알루미늄 스크린 제작은 전술한 연구결과를 바탕으로 할로겐 계열 난연제 혼용비율 30%의 알루미늄 필름과 PET 필름 및 난연 직조사를 이용하여 시설 하우스 설치시 가장 많이 사용되는 차광률 55% type과 75% type으로 제작하여 인장강도, 차광률, 투습도, 공기투과도등 물리적 특성을 규명하였다. 또한 제작된 제품의 국내외 방염 Test를 실시하였다.
나. 화염확산 억제 알루미늄 스크린 생산시스템 개발
본 연구에서는 농업용 화염확산 억제 알루미늄 스크린 생산을 보다 효율적 이도록 기존 직조 시스템인 라셀기의 구조를 각 단계별로 효율적으로 변형하여 제작 하도록 한다. 첫 번째로 직조사를 빔에 감아서 직조장치에 장착하기 전 단계까지 처리하는 정경장치와 PET 필름 및 알루미늄 필름을 적정한 폭으로 절단하여 보빈에 감아 내는 필름 절단 장치, 정경한 빔과 각필름별로 감아낸 보빈을 거치대에 장착하여 직조하는 직조 장치, 직조장치에 의해 직조된 알루미늄 스크린 원단을 가공하는 가공 장치를 각각 제작한다.
그리고 제작된 스크린 직조 시스템의 성능과 효율성, 생산된 화염억제 알루미늄 스크린의 품질을 비교 평가 하도록 한다.
다. 화염확산 억제 알루미늄 스크린 개발
본 연구에서는 난연성 알루미늄 필름 또는 PET 필름을 폭 4 mm type으로 설계하였다. 폭을 4 mm type으로 설계한 이유는 5 mm type 폭에 비하여 열을 유출할 수 있는 통로는 많아져 다소 보온성이 떨어질 수 있으나 적정 보온력의 확보가 가능하다. 또한 공기의 투과 및 수분의 투과 효과가 더욱 높아져 하우스 내부의 과도한 수분상승을 낮추어 줌으로써 작업의 쾌적성을 높여 효율적인 하우스 관리를 진행할 수 있다. 이외에도 투습성의 향상은 하우스 내부의 과습에 의한 병해충의 서식을 낮추어 작물의 생산성 향상에 기여할 수 있기 때문이다. 또한 화염확산 알루미늄 스크린 직조시 4 mm type이 5 mm type과 비교하여 직조시간 단축 및 결속강도를 강화시켜 내구성을 높이는데 도움이 되기 때문에 Line의 폭을 4 mm type으로 제작하였다.
2. 화염확산 억제 알루미늄 스크린의 난연성 및 물리적 특성 분석
가. 화염확산 억제 성능 평가
난연성 알루미늄 스크린의 화염 확산 억제 성능 평가는 독일의 방염 시험 검사소(FIRE LABS), 네덜란드의 방염 시험 검사소(Efects) 및 중국 SGS 테스트에서 수행하였고, 각각 개발된 화염 확산 억제 알루미늄 스크린은 방염성능의 조건에 충족하는 것으로 나타났다.
나. 난연성 알루미늄 스크린의 물리적 특성 평가
난연성 알루미늄 스크린의 물리적 특성은 한국 원사 직물 시험 연구원(FITI)에서 기존의 알루미늄 스크린과 난연제의 혼용비율에 따라 20% 혼용한 알루미늄 스크린, 30% 혼용한 알루미늄 스크린 및 40% 혼용한 알루미늄 스크린에 대하여 스크린의 길이 및 폭방향의 인장강도, 차광율, 투습도, 공기투과도를 측정하였다.
난연성 알루미늄 스크린의 물리적 특성 시험결과는 난연성 알루미늄 스크린이 기존 알루미늄 스크린에 비해 인장강도 및 차광율, 공기투과도가 높았고, 투습도는 낮은 것으로 나타났다.
다. 난연사 및 난연성 알루미늄의 인장강도 특성 분석
난연사 및 알루미늄의 인장강도 특성 분석은 난연성 알루미늄 스크린의 제작에 사용된 난연사와 알루미늄의 인장강도를 분석하였다. 난연사는 100, 120, 150 D의 굵기에 따라 측정하였고,알루미늄은 일반 알루미늄과 난연제 혼용비율에 따라 20% 알루미늄, 30% 알루미늄 및 40% 알루미늄의 인장강도를 측정하였다. 한편, 온도에 따른 인장강도의 특성을 확인하기 위해 5,25, 30℃인 난연사의 인장강도를 측정하였다.
난연사의 굵기에 따른 인장강도는 난연사의 굵기가 굵을수록 증가하였고, 인장속도에 따른 인장강도는 난연사 굵기별로 임계 인장속도가 존재하는 것으로 나타났으며, 이러한 임계 인장속도를 전후로 동일 난연사 굵기에서 인장강도가 변화하였다.
난연성 알루미늄의 인장강도도 난연사의 인장강도 결과와 마찬가지로 임계 인장강도가 존재하였고, 임계 인장강도를 전후로 인장강도가 변화하였다. 난연제 혼용비율에 따른 인장강도는 난연제 혼용비율이 높을수록 인장강도가 증가하였다.
난연사의 온도에 따른 인장강도는 시료온도가 낮을수록 인장강도가 증가하였으나, 임계인장속도 12cm/min 이후에는 5℃ 시료의 인장강도가 감소하여 시료온도 25℃의 인장강도가 가장 높은 값을 나타내었다.
난연제 혼용비율별 알루미늄의 온도에 따른 인장강도 변화는 난연성 알루미늄의 온도에 따른 평균 인장강도는 큰 차이를 나타내지 않았고, 난연성 알루미늄의 온도에 상관없이 난연제의 혼용비율이 높을수록 인장강도가 증가하였으며, 임계 인장속도가 존재하는 것으로 나타났다.
연사 및 알루미늄의 인장강도 특성 분석은 난연성 알루미늄 스크린의 제작에 사용된 난연사와 알루미늄의 인장강도를 분석하였다. 120D 난연사와 난연제 혼용비율에 따른 20% 알루미늄, 30% 알루미늄 및 40% 알루미늄의 온도에 따른 인장강도 특성을 분석하기 위해 0, -5, -10 ℃의 저온창고에서 4시간동안 템퍼링 후 인장강도를 측정하였다.
난연사의 온도에 따른 인장강도는 시료온도 0℃가 시료온도 -5, -10 ℃에 비해 인장강도가 증가하였으며, 임계 인장속도는 10cm/min 이후에는 인장강도가 점차 감소하였다.
난연제 혼용비율별 알루미늄의 온도에 따른 인장강도 변화는 난연성 알루미늄의 온도에 따른 평균 인장강도는 큰 차이를 나타내지 않았고, 난연성 알루미늄의 온도에 상관없이 난연제의 혼용비율이 높을수록 인장강도가 증가하였으며, 임계 인장속도가 존재하는 것으로 나타났다.
라. 난연제 혼용 비율에 따른 알루미늄의 접착력 분석
난연제 혼용 비율에 따른 알루미늄의 접착력 분석에서는 난연제 혼용 비율에 따른 접착력을 분석하였다. 분석에 사용된 알루미늄의 난연제 혼용 비율은 20%, 30%, 40% 알루미늄이며 알루미늄이 끊어지기 직전의 순간을 촬영하여 접착력을 분석하였다.
난연제 혼용 비율에 따른 알루미늄의 접착력은 난연제의 혼용 비율이 높을수록 접착력이 떨어지는 것을 확인하였으며, 이는 난연제의 혼용비율이 높아 접착력이 떨어진 것으로 판단된다.
3. 화염확산 억제 알루미늄 스크린 온실난방 특성 분석
난방특성 분석에 사용된 알루미늄 스크린은 본 연구에서 개발한 화염확산 억제 알루미늄 스크린을 실험구로 사용하였고, 대조구로는 일반 시중에 유통되고 있는 일반 알루미늄 스크린과 외국산 방염 알루미늄 시크린을 사용하여 난방특성을 분석 하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
가. 화염화산 억제 알루미늄 스크린과 일반 알루미늄 스크린의 난방특성 분석
일정기간 기준 하우스 내부온도는 실험구가 대조구와 비교하여 0.2~1.6℃ 높은 것으로 나타났고, 일정기간 기준 1중과 2중 하우스 사이 온도는 실험구 온실이 대조구 온실보다 1.9~3.0℃ 낮은 것으로 나타났다. 일정기간 기준 하우스 외피를 통해 손실된 누적열량은 실험구가 대조구보다 하우스 전방, 중앙, 후방 및 측면에서 각각 300.5, 234.0, 358.9, 65.3 kJ/h 적은 것으로 나타났다. 일정기간 기준의 환기 손실열량도 약 8 kJ/h 정도 실험구가 대조구보다 손실열량이 많은 것으로 나타났으나 큰 차이는 없었다. 토양을 통한 손실열량은 실험구가 대조구보다 일정기간 기준은 약 23 kJ/h 정도 손실열량이 많은 것으로 나타났으나 큰 차이는 없었다. 태양으로부터 하우스 내부로 공급된 일일 기준 누적 공급열량은 총 10,045.5 kJ/h 이었고, 일정기간 기준 누적 공급열량은 총 8324.9 kJ/h의 열량이 공급된 것으로 나타났다. 온풍난방기를 통해 공급된 누적공급열량은 외기온이 최저기온이 0℃ 이하이었던 2월 21일부터 2월 27일까지 7일간을 기준으로 실험구가 대조구에 비해 18,000 kJ/h 공급열량이 적은 것으로 나타나 약 16% 정도 에너지가 절감되는 것으로 나타났다.
이상의 결과로부터 화염확산 억제 알루미늄 스크린이 일반 알루미늄 스크린보다 보온성이 높고, 난방 에너지가 절감되는 것으로 나타났다.
나. 화염화산 억제 알루미늄 스크린과 외국산 방염 알루미늄 스크린의 난방특성 분석
일정기간 기준 하우스 내부 온도는 실험구가 대조구보다 0.9 ℃ 정도 낮은 것으로 나타났다.하우스 사이 온도의 경우에는 실험구가 대조구보다 2.6 ℃ 정도 낮은 것으로 나타났고, 피복재를 통한 손실열량도 실험구가 대조구보다 약 58.5 kJ/hr 높게 나타났으나 큰 차이는 없었다.또한 토양을 통한 손실열량과 환기를 통한 손실열량도 실험구와 대조구에서 유사하게 나타났다. 한편, 실험구와 대조구의 하우스 난방을 위해 공급된 연료량은 실험구가 대조구보다 0.46L/day 정도 많이 소비되는 것으로 나타났으나 큰 차이는 없었다.
이상의 결과로부터 화염확산 억제 알루미늄 스크린과 외국산 방염 알루미늄 스크린의 보온성에 큰 차이가 없는 것으로 판단된다.
4. 화염확산 억제 알루미늄 스크린의 경제성 분석
본 연구개발 화염확산 억제 알루미늄 스크린의 경제성은 크게 거시적 측면과 미시적 측면에서 분석하였다. 거시적 측면의 경제성분석 결과, 수입대체 효과(외화절약 효과)는 2015년 현재 수입하고 있는 총 물량 50 m2를 100%, 80%, 60% 대체가 가능하다고 가정할 경우, 각각 2,250,000 천원, 1,800,000 천원, 1,350,000 천원의 효과가 있는 것으로 분석되었다. 이러한 수입산 화염확산 억제 알루미늄 스크린 대체효과는 화염확산 억제 알루미늄 스크린 사용을 계획하고 있는 농가의 이익으로 귀속되는 효과를 갖는다. 즉, 현재 수입산 화염확산 억제 알루미늄스크린 설치를 하고 있는 농가 중 본 연구에서 개발한 제품으로 100%, 80%, 60%로 각각 대체할 경우, 농가 전체에 귀속되는 이익은 750,000 천원, 60,000 천원, 45,000 천원으로 각각 산출된다. 또한 2015년 기준 농예용 온실 재산 피해액인 1,480,000 천원의 80%만 감소시킬 수 있어도 약 1,184,000 원 정도의 재산피해라는 사회적 비용이 연간 감소될 수 있을 것이다.
미시적 측면에서 개별 농가(일반 알루미늄 스크린 설치를 계획하고 있는 1,000 m2 규모의 하우스 시설을 가지고 고추를 재배하는 농가)가 본 연구에서 개발된 화염확산 억제 알루미늄 스크린을 이용할 경우, 농가가 본 연구개발 화염확산 억제 알루미늄 스크린으로 대체하는데 드는 추가비용은 720 천원임에 비해, 하우스 화재위험에 대비하기 위해 지불하는 보험료는 연 약3,000 천원, 알루미늄 내용연수 7년에 해당되는 기간 동안의 총 보험료는 약 21,000 천원으로 분석되었다.
이상의 경제성 분석 결과에 기초해 볼 때, 본 연구개발 화염확산 억제 알루미늄 스크린의 경제성은 매우 크다고 결론을 내릴 수 있다.
The purpose of this study was to develop aluminum screen with flame-spread prevention function for greenhouse. The physical properties of aluminum screen developed in this study was analyzed by domestic and foreign official testing agencies. And after fitting developed aluminum screen to the greenho
The purpose of this study was to develop aluminum screen with flame-spread prevention function for greenhouse. The physical properties of aluminum screen developed in this study was analyzed by domestic and foreign official testing agencies. And after fitting developed aluminum screen to the greenhouse, it’s heating properties were analyzed.Further, it was analyzed how aluminum screen was efficient economically in terms of micro and macro aspects.
The main results were as following.
Ⅰ. Development of flame-retardant aluminum screen and product system for activation of horticultural materials export for greenhouse
Weather proof and adhesion strength were analyzed according to mixing ratios and evaporation coating methods of flame-retardant aluminum film and PET film. And carbonization distance of flame-retardant aluminum film, PET film, and weaving thread were examined, and the effects of flame-retardant materials were analyzed. As the results, the carbonization distance of flame-retardant PET film was found to be 105mm, and no flame-spread. In the case of flame-retardant aluminum film, the carbonization distance of laminating method was found to be shorter than evaporation coating method. And with conditions of mixing ratios 30% and 40%, the carbonization distance was turned out below 180mm. Also the remaining time of flam was 0. These results were satisfied with all criteria. Therefore, the method of aluminum laminating film type with 30 : 70 mixing ratio of Halogen series flame retardant and adhesive could be the best way for manufacturing of flame-retardant aluminum screen.
The tolerating level of immersion(adhesive strength) of aluminum film was found that the aluminum film laminated with Halogen series flame retardant is excellent, resulting from no detach between PET film and aluminum film. The carbonization distance of flame-retardant weaving thread was found to be average 10.6 cm, which means that the effect of flame retardant is excellent.
The flame-retardant aluminum screen was designed with three layers of aluminum film, laminated by flame-retardant PET film and aluminum hoil. Especially, by designing bonding layer of flame-retardant PET film and aluminum film, the function of resistance to flame made increased. The sample of flame-retardant aluminum screen was made of mixing ratio 30% of adhesive, and the YES 55 type and YES 75 type were used as the model of screen. For YES 75 type, the tensile strength showed 190N in the length and width direction, which showed higher tensile strength than YES 55 type. For YES 75 type, shading ratio showed best in the aluminum screen with conditions of Halogen series flame retardant mixing ratios of 30% and 40%. There were no differences in the moisture and air permeability according to mixing ratios of flame retardant. The results of performance evaluation for flame retardant by FITI showed that in the case of carbonization distance, YES 55 type and YES 75 type were satisfied with the criterion. The results of performance evaluation for flame retardant by effects in Netherlands showed that YES 55 type and YES 75 type were satisfied with the criterion.
The weaving system of flame-retardant aluminum screen was consisted of warping device, slitter device, krill device, and processing device for aluminum screen fabric. And a beam was developed for weaving device with 42 pieces of thread in a 4 m width. It was developed that slitter device is consisted of film cradle and tension control roller, cutter, outlet, and krill device. The results of performance evaluation for slitter device showed that the level of evenness of experimental sample was higher than control sample, by 100% in the upper side, 99% in the bottom side. It was developed that the weaving device was consisted of pattern gear for determining weaving types, weaving bar, film guide, weaving thread guide, and weaving pine. The results of performance evaluation for weaving device showed that average producing speed was 24.4 m/hr and average defective production was 0.4 time per 10 minutes. These results means that weaving device developed in this study shows a little higher efficiency than existing weaving device.
Ⅱ. The analysis of flame retarding and physical properties of flame-retardant aluminum screen
The performance evaluation for preventing flame spread of flame-retardant aluminum screen was conducted by FIRE LABS in Germany, Efects in Netherlands, and SGS test in China respectively. And the flame-retardant aluminum screen developed in this study was satisfied with all performance evaluations.
Fame-retardant waving thread were measured the differences of properties of tensile strength according to 100, 120, 150 D. Also, the properties of tensile strength of aluminum films, which manufactured with mixing ratios of 20, 30, 40% of Halogen series, were measured. Further, for finding the properties of tensile strength according to temperature, tensile strength of flame-retardant weaving thread and aluminum film were measured under conditions of 5, 25, 30℃ respectively. As the results, tensile strength of flame-retardant weaving thread was increased with the thickness of thread. It turned out that there were critical velocity in the tensile strength with velocity of flame-retardant weaving thread according to the thickness of thread. That is, the tensile strength changed right before and after critical velocity value. The higher mixing ratio of flame retardant, the higher tensile strength of Halogen series flame-retardant aluminum film. And the lower temperature of it, the higher tensile strength of flame-retardant weaving thread. However, after critical tensile velocity of 12 cm/min, the tensile strength of sample with 5℃ was decreased, and the tensile strength of sample with 25℃ showed highest value. Further the tensile strength of Halogen series flame-retardant aluminum film according to temperature, did not show significant differences.
Adhesive strength experiment was conducted according to 20%, 30%, 40% mixing ratio of flame-retardant, and was conducted by taking a picture when right before aluminum is cutting. The results showed that the higher mixing ratio of flame-retardant, the lower adhesive strength.
Ⅲ. The heating characteristics analysis of greenhouse with flame-retardant aluminum screen
The differences of heating properties and temperature changes in the inside/outside of greenhouse were analyzed between flame-retardant aluminum screen developed in this study(YES 75 type, experimental group) and non-inflammable aluminum screen(control group).
It was turned out that the temperature of inside of greenhouse for experimental greenhouse showed higher temperature by average 1℃ than control greenhouse. For the temperature of space between first and second layers of greenhouse, it was found that experimental greenhouse showed lower temperature by average 2.5℃ than control greenhouse. For the accumulated losing energy through outer cover of greenhouse, it was found that experimental greenhouse showed lower level by average 250 kJ/h than control greenhouse. The losing energy through greenhouse ventilation showed no difference between experimental greenhouse and control greenhouse. And for the losing energy through soil of greenhouse, it was found that experimental greenhouse showed higher energy by about 12-23 kJ/h than control greenhouse. For the accumulated energy through hot air heating, it was found that experimental greenhouse showed lower energy by average 18,000 kJ/h than control greenhouse. This result means that experimental greenhouse saved energy by 16% comparing to control greenhouse. Above results showed that flame-retardant aluminum screen developed in this study has higher level of thermo-keeping and higher level of energy saving than non-inflammable aluminum screen.
The differences of heating properties and temperature changes in the inside/outside of greenhouse were analyzed between flame-retardant aluminum screen developed in this study(YES 75 type, experimental group) and foreign made, flame-retardant aluminum screen(control group).
For the temperature of inside of greenhouse, it was found that the temperature for experimental group showed lower by 0.9 ℃ than control group. For the temperature of space between first and second layers of greenhouse, it was found that experimental greenhouse showed lower temperature by average 2.5℃ than control greenhouse. The accumulated losing energy through outer cover of greenhouse, the losing energy through greenhouse ventilation, and the losing energy through greenhouse ventilation showed no difference between experimental greenhouse and control greenhouse. Further, the fuel for heating consumed more by 0.46 L/day for experimental group than control group, which showed almost no difference.
Above results showed no difference in thermo-keeping between flame-retardant aluminum screen developed in this study and foreign made, flame-retardant aluminum screen.
Ⅳ. Economic effect analysis of flame-retardant aluminum screen
Economic effects of flame-retardant aluminum screen developed in this study was analyzed in terms of micro and macro economic aspects. In the macro economic aspect, economic effect was analyzed under conditions that the total import volume of flame-retardant aluminum screen is about 50 m2 in 2015, and it is possible that import substitution rates were 100%, 80%, 60% respectively. The results showed that the economic values of 2.25 billion won(100% import substitution rates), 1.8 billion won(80% import substitution rates), and 1.35 billion won (60% import substitution rates) respectively.When if current farms, which has been using imported flame-retardant aluminum screen, were replacing it to flame-retardant aluminum screen developed in this study by 100%, 80%, 60% respectively, the farms could save the cost from flame-retardant aluminum screen developed in this study by 750 million won, 60 million won, and 45 million won respectively. Further, the saving social cost from fire prevention could be 1.184 billion won.
In the micro aspect, if a farm, which has typical sized(1,000 m2) greenhouse, growing red paper, and planning non-flame retardant aluminum screen installation, want to install flame-retardant aluminum screen developed in this study, the farm may pay additional cost of 720,000 won. Comparing with this, if the farm choose fire insurance instead of choosing flame-retardant aluminum screen, then the farm should pay 21,000,000 won for fire insurance. Above results showed that the economic effect of flame-retardant aluminum screen developed in this study was turned out very efficient comparing to the imported one.
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