초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
내장형진공단열시스템(EVIS) 개발 및 인공지능(AI)기술 적용을 통한 건축물에너지 운전관리 지능화 기술 개발

◼ 전체 내용
- 인공지능 에너지홈 응용을 위한 고성능 내장형진공단열패널시스템(EVIS) 개발
- 친환경 보호단열스트립 개발을 통한 엣지(edge) 열전달 억제 및 연소 억제 (화재저항성 향상) 기술 개발.
- 마이크로 중공구/나노 입자기술을 이용한 보호단열구조체 제조공정 및 접합기술 개발
- 인공지능 예측진단 모니터링을 통한 단열시스템

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
내장형진공단열시스템(EVIS) 개발 및 인공지능(AI)기술 적용을 통한 건축물에너지 운전관리 지능화 기술 개발

◼ 전체 내용
- 인공지능 에너지홈 응용을 위한 고성능 내장형진공단열패널시스템(EVIS) 개발
- 친환경 보호단열스트립 개발을 통한 엣지(edge) 열전달 억제 및 연소 억제 (화재저항성 향상) 기술 개발.
- 마이크로 중공구/나노 입자기술을 이용한 보호단열구조체 제조공정 및 접합기술 개발
- 인공지능 예측진단 모니터링을 통한 단열시스템 운전관리기술 개발 및 데이터베이스 축적

◼ 1단계
❏ 목표
- 기초자료조사 및 물성평가
- 열전달 모델 해석
- 선행 자료조사 및 AI기반 건물 설계용 머신러닝을 위한 기초 연구
❏ 내용
○ 주관기관: 그린인슐레이터
- 진공단열 측정시스템 기술 분석 및 연구 방향 설정
- 고성능 내장형 단열 측정시스템 조건 설정
- 기본 필름 및 변경 필름 구성에 따른 기초 물성평가 및 성능평가
○ 공동연구개발기관: 서울대학교
- 중공구 폴리머 소재, 구조 탐색 : 사용온도, 압력의 영향 Knudsen효과 분석
- 마이크로/나노 입자 구조체를 포어분율, 열전달 모델 비교 분석
○ 공동연구개발기관: 영남대학교
- AI기반 건물 설계용 기초 조건 설정
- AI기반 건물 설계용 머신러닝을 위한 기초 수치계산 수행
- 건물 열관리 계산 수행(TRANSYS)

◼ 1단계[2차년도]
❏ 목표
- 개발기술과의 제품 적용, 시제품 제작
- 내장형 코어스트립 제조법 구상, 기술 개발
- AI기반 건물 설계를 위한 머신러닝용 수치계산수행 및 내장형 코어의 연소 특성 파악
❏ 내용
○ 주관기관: 그린인슐레이터
- 내장형진공단열시스템(EVIS)의 온도 및 습도에 따른 신뢰성 조건 분석
- 필름에 따른 게터 및 코어 선정 테스트
- 필름 성능에 따른 성능 비교
- 보호층-패널간의 결합력 향상 방안 검토
- 복합재 샘플의 제조공정 설계 및 검토
○ 공동연구개발기관: 서울대학교
- 보호층의 접촉사항, 마이크로/나노 구조 포어의 디자인 도출
- 내장형 진공단열시스템의 열전달 모델 설정 및 해석
- 마이크로 중공구/나노화이버/에어로젤 주입 접합기술 검토
○ 공동연구개발기관: 영남대학교
- AI기반 건물 설계용 머신러닝을 위한 수치계산 수행
[내부 열부하 변수] 거주자, 전등, 가전기기
[운전 전략과 스케쥴 변수] 거주자, HVAC
- 진공단열패널 열효율 향상을 위한 운용성능 최적화 알고리즘 검토
- 내장형 코어스트립의 연소 특성 파악

◼ 2단계[3차년도]
❏ 목표
- 현장 성능평가 시스템 구축 및 평가시행
- 내장형진공단열시스템(EVIS) 유효성 평가
- 인공지능모델 활용, 에너지효율 향상 기술 구축
❏ 내용
○ 주관기관: 그린인슐레이터
- 현장 조건 평가시스템 구축
- 성능지표 평가
- 기존 생산시스템과 호환 적용 가능성 모색
- 원천기술 현장 적용
- 내장형진공단열시스템 (EVIS)의 개선방향 검토, 성능 보완
○ 공동연구개발기관: 서울대학교
- 진공단열시스템의 진공도 및 접합성 검토
- 인공신경망을 이용한 실내온도제어용 단기 예측 기술 개발
- 가시광 및 적외선 화상이미지 융합기술 개발 및 온도분포특성 측정
○ 공동연구개발기관: 영남대학교
- EVIS 설계 최적화 및 열효율에 관한 빌딩 에너지 모델 개발
- EVIS 레이아웃과 에너지 수요량의 관계 파악을 위한 기계학습 모델 구성
- 인공지능 예측제어를 활용한 EVIS 열성능 평가 실험 공동 수행
- 내장형 진공단열시스템의 인공지능화 구축 및 측정 특성 분석

□ 연구개발성과
○ EVIS 개발 및 성능확보
• 열전도율 0.002W/m··K 이하의 단열성능을 가진 단열재 개발
- 건축물 에너지 설계기준 고시 한국산업규정 KS L 9016 시험결과 열전도율 0.002W/m··K 이하로, 10~20mm의 두께로 국내 지역별 열관류율 기준을 만족할 수 있음.
- 페놀폼 단열재 (열전도율 0.02W/m··K), 비드법 보온재 (열전도율 0.034W/m·K) 등의 기존 단열재 대비 10~16배 이상 성능을 향상시켰으며, 타사 진공단열재 (열전도율 0.0045W/m···K) 대비 2배 이상 성능을 향상시켰음.
• 준불연 및 불연성능의 단열재 개발
- 2가지 필름 사용으로 국토부 고시 2023-24호 기준 준불연 및 불연자재 기준에 적합한 제품 개발로, 건축물 적용 부위에 맞게 건축 설계 기준을 만족하는 제품을 제공할 수 있음.
- 현재 국내 단열재 시장에 75%이상을 차지하고 있는 유기 단열재를 대체하여 화재에 보다 안전한 자재를 시장에 납품할 수 있음.
• 가혹조건 시험을 통한 단열재 신뢰성 확보
- 가혹조건 시험인 내열성, 온도변화 시험 전·후의 열전도율 성능 차이가 0.0002W/m·K 이하로 개발 제품의 신뢰성을 확보하였음.
• 중금속 (Pb, Cd, Hg, Cr⁶⁺) 미검출로 사용상 안전성 확보
• 개발제품을 건축물에 적용시 에너지 효율 약 28% 이상 절감 가능
- 모듈하우스 테스트베드에 개발제품 설치 전·후의 에너지효율 측정 테스트 결과 에너지 효율을 약 28% 절감하였음.
○ 패널 엣지 열전달 억제 기술 개발
• 패널 엣지에서의 열전달 해석 모델링
- 엣지에서의 전도열전달을 현상론적으로 열영향영역 개념 제시
- 중공구를 포함하는 멀티스케일 보호쉬트와 에어로젤 파우치를 활용한 보호단열층 도입하고, 선형 열투과계수와 유효열전달계수의 관계를 규명하고 외피재의 물성이 단열성능에 미치는 영향인자 도출
• 가시광 및 적외선 카메라 화상 이미지융합 기술 개발
- 가시광 및 적외선 카메라 화상 이미지융합 프로세싱 기법으로 가시화 도모, 기하학적 변환기법으로 비정형 융합이미지를 정형화
- 가시광 화상 및 적외선 영상의 융합을 통한 특징추출 및 진단이 가능한 소프트웨어 저작권 등록
- 장기간의 열성능을 측정하여 잔여유용수명 예측
• 인공신경망을 이용한 실내온도제어용 단기예측 기술 개발
- 모델연구실의 실내온도, 열유속, 조도 등의 측정데이터 세트를 수집하고 인공지능기술을 이용하여 측정데이터 시간간격, 시간지연에 의한 Hankel 행렬, 예측수평선, 제어수평선의 영향 분석
- 안정적인 제어시스템의 미래예측 범위 제시
○ 인공지능 기술을 활용한 에너지 효율 향상
• AI 계산을 위한 기초자료 도출
- 건물의 위치별, 방향별로 VIP 부착의 효과를 파악하여 에너지 절감에 효과적인 건물의 방향이 존재하고, VIP 부착으로 최대 19% 에너지 절감 효과가 있을 것을 예측함.
- AI 신경망을 이용하여, TRNSYS로 계산된 자료를 12시간동안 장기 예측함. 장기 예측 정확도 향상을 위하여 평균법, 페이스메이커법, 확률밀도함수(PDF)를 제안. 각 계절별 하루동안 데이터를 95%이상 잘 예측하였으며, 낮 시간대는 PDF법, 밤 시간대는 페이스메이커법이 가장 좋은 결과를 나타냄.
• 인공지능 기술을 적용한 운전관리 기술 개발.
- 시간별, 요일별 내부 재실자 유무와 그에 따른 에너지 소비패턴 등을 고려하여 실험을 수행하여 AI 기계학습을 위한 데이터를 수집하고, 이를 활용한 방안 온도 및 냉난방 제어 신호를 예측하는 기계학습모델 구축.
• 일반 제어 대비 AI제어를 사용하여 에너지 효율을 11.5% 향상시킴.
- ANN 및 random forest 분류기법을 사용한 인공지능 예측제어로 일반제어 대비 에너지 효율을 11.5% 향상시킴.
○ 진공단열재 생산라인 및 시공법 구축
• 진공단열재 소재 선정부터 제품화까지 전 과정 생산라인 구축
- 진공단열재에 적합한 심재 제작 라인을 구축하여 생산라인의 완성도를 향상.
- 생산효율을 높이기 위한 생산라인 고안, 챔버자동화라인 관련 특허를 출원·등록.
- 제품 제조과정의 친환경성 향상을 위한 심재 RECYCLE 장치 관련 특허를 출원·등록.
• 건축물 설치를 위한 시공 방법 고안.
- 테스트베드 시험을 통하여 단열재를 2개층으로 교차 배치할 경우 진공단열재의 열교 및 열 손실을 보완할 수 있는 것을 확인하였으며, 개발 제품의 시공방법에 적용.
- 건축 현장에 적용이 가능하도록 비규격 사이즈를 제작하여 현장 적용성을 보완.
○ 사업화 기반 구축
• 기술 및 제품 인증을 통한 제품 신뢰성 확보
- 녹색기술인증, 환경성적표지인증 취득으로 개발제품의 우수성을 인정 받았으며, 취득한 인증을 기반으로 추가 인증 취득 및 공공시장으로 사업확장을 추진할 예정.
• 국내·외 홍보 활동으로 기술 및 제품 홍보
- 2023 국토교통기술대전 참여로 연구개발내용 및 개발기술, 제품을 국내 관련 연구기관 및 기업에 홍보.
- 국제 진공단열재 심포지엄(IVIS)에서 논문 발표를 통해 개발제품 홍보 및 관련 분야 대학, 전·후방 산업 업체들과 교류.
• 건설사, 설계사에 제품 제안 및 매출 실현
- 아파트 근생, 공장, 개인주택 등 개발제품 적용을 통해 매출 달성 및 사업화 시장 진입.

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 성과 활용계획
• 노후주택 그린리모델링 특별법에 맞춰 30년 이상의 노후주택 그린리모델링의 고단열 벽체에 적용
• 동·하계 온도편차로 냉·난방 에너지 소요가 큰 기후 조건을 고려하여 건축물 용도별 단열 시스템 구축
• 연구기간 내 취득한 인증을 바탕으로, 성능인증 및 조달우수제품 인증 등 추가 인증 취득. 국내의 공공건축물 및 노후화된 공공 공동주택 그린리모델링 시장에 단계적으로 적용.
• 일본·호주 등 해외의 친환경 에너지 산업 육성 정책의 투자 확대에 적합한 아이템으로 수출 진행.
• 지속가능한 개발시스템 구축으로 에너지 자립형 건물로 패시브기술과 액티브 기술을 결합한 건축물에너지관리시스템 구축
○ 기대효과
• 기술적 측면
- 에너지시스템에 인공지능 기술을 적용하여 4차산업혁명의 미래경쟁력 확보.
- 친환경 보호단열층 도입을 통한 단열시스템 유용성 향상 및 가시광/적외선 이미지융합기술 개발로 미래 건설산업 분야의 핵심기술 확보 및 건축물 단열 연구의 확장.
- 에너지 유출을 최소화할 수 있는 건축재료와 건축물 사용 에너지 DB수집 및 모니터링 기술을 확보해 에너지 절약 기술 발전에 기여.
- 단열재 슬림화로 틈새 단열이 필요한 분야에 적용 가능해 연계산업 발전에 기여.
• 경제적 측면
- 고성능 내장형진공단열시스템(EVIS) 개발로 진공단열재 수입량 감소 및 완제품의 가격 경쟁력 제고.
- 불연 건축자재 개발로 불연 무기질 단열재를 주로 사용하는 해외시장으로 수출판로 개척 가능.
- 제품의 내구성 및 시공의 용이성 향상으로 제품의 수요 증가 및 기업 매출 증대.
- 에너지 사용량을 약 28% 절감하여 운영비용의 절감 효과 발생.
• 사회적 측면
- 에너지 슈프리머로서 제로에너지빌딩, 친환경에너지타운 등 주거환경을 에너지 친화형으로 변모하여 작게는 제로에너지빌딩, 넓게는 에너지자립섬으로 적용범위를 확장.
- 생활 밀접형 건물단열, 친환경 단열재의 소비자 친화성 증대.
- 전 사회적인 에너지효율 관심을 높이고, 생활가전, 콜드체인 등 연관산업의 활성화로 스마트기술 기반 사회로의 전환 촉진.
- 신제품 사업 활성화로 채용인원 증가 및 일자리 창출 효과 기대.
- 내장형진공단열시스템을 통한 국가적 에너지 절약을 위한 녹색성장, 에너지 소모 감소로 인한 온실가스 배출 감소.
- 불연 건축자재 개발로 건축물 화재시 인명 및 재산 피해 감소.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1) 연구개발과제의 목표 ... 8
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 94
• 1) 연구수행 결과 ... 94
• 2) 목표 달성 수준 ... 110
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 112
• 1) 목표 미달 원인(사유) 자체분석 내용 ... 112
• 2) 자체 보완활동 ... 112
• 3) 연구개발 과정의 성실성 ... 112
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 113
• 1) 고성능 단열재 개발을 통한 온실가스 감축효과 ... 113
• 2) 도시·공간·생활 인프라의 녹색 전환 ... 114
• 3) 패시브 산업과 액티브 산업이 결합된 신사업 개발 ... 114
• 4) 가전, 콜드체인 산업 등 고단열 성능이 필요한 분야에 기여 가능 ... 115
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용계획 ... 116
• 1) 연구성과 총괄 ... 116
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 118
• 끝페이지 ... 121