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[열교제로 에어로젤]에어로젤 건축 솔루션 탐구생활(3) 창호 개구부 열교차단재(2)

 

패시브 창호의 단열재 위 설치에 대한 깜직한 발상의 전환 속에서  이러한 시공 방법을 구현해 봅니다.

그것은 창호 프레임을 구조체 위에 설치하되 구조체의 열교를 최소화 할 수 있도록 구조체에 초고단열재를 설치하는 디테일 입니다.

여기서 말하는 초고단열재의 조건은 우선은 열전도율이 낮아야하며 중량의 창호를 견딜 수 있는 압축강도가 보장 되어야합니다.

그렇다면 시중에서 이러한 조건을 충족 할 수 있는 단열재로는 무엇이 있을까요?

진공 단열재는 그 성능이 유지되기 힘들고 압축강도가 20N/cm2 밖에 되지 않기에 추천하기가 어렵습니다.

그렇다면 에어로젤은 어떨까요?

에어로젤은 열전도율이 0.015W/mK으로 왠만한 단열재의 3배 이상 단열 성능을 유지하며 압축강도 역시 70N/cm2 에 이르기에 창호 개구부의 단열재로는 안성 맞춤이라 할 수 있습니다.

아래 <사진1>은 스틸하우스 구조에서 창호 개구부의 열교를 최소화 하기 위해 우드벅을 설치한 모습입니다. 

물론 40M/M 우드벅 만으로는 프레임의 열교를 막을 수 없겠죠!

 

 

 

<사진1> 개구부 우드벅 설치

 

 

아래 <사진2>는 우드벅 위에 10M/M 두께의 에어로젤을 설치한 모습입니다. 10M/M 에어로젤은 30M/M정도의 스치로폼 단열 효과를 보입니다.

 

 

 

<사진2> 개구부 우드벅위 에어로젤 설치

 

그렇다면 이러한 디테일에서 우리는 어떠한 잇점을 취할 수 있을 까요?

 

그것은 바로 창호를 단열재위에 설치시 추가되는 설치 비용을 최소화 시킬 수 있다는 것입니다.

사례에 따라 다르겠지만 1200*1200 개구부 한 곳을 기준으로 단열재 위 창호 설치시 추가되는 비용은 대략 30만원 정도입니다. 

창호가 20개면 600만원 정도에 이르죠~~ 무시 할 수 없는 고비용입니다. 

1200*1200 개구부 하나당 200M/M폭의 에어로젤 10미리를 설치하는데 비용은 대략 인건비 포함 7만원 정도 입니다.

산술적 계산으로는 개구부 하나당 23만원 정도의 비용이 절약되는 것으로 보여집니다.

개구부가 20개면 460만원 정도가 세이브되는 것입니다~

우주선에 사용되는 에어로젤의 기술이 건축에 적용될때 건축 비용의 절감이라는 예기치 않은 효과를 거둘 수 있는 것입니다.

 

물론 이러한 구조체위 창호 설치 디테일은 아직도 풀어야할 숙제는 많습니다.

우선은 에어로젤 설치에 따른 열교 저감 시뮬레이션 값이 객관적으로 증명되어야합니다.

에어로젤을 창호 개구부 전체면에 설치할 것인지, 창호가 들어서는 부분에만 설치 할 것이지 등등...

경우에 따른 열교값이 구해져야 합니다. 

둘째 10M/M 두께의 에어로젤만으로 열교값울 저감할 수 있는지 아니면 그 이상의 두께여야 하는지가 기후별 지역별 데이타가 계속해서 집되고 이것이 정량화 되어야 할 것입니다.

 

제로열교의 실현이라는 목표는 결코 이상이 아닙니다. 우리가 머리를 맞대고 하나씩 현장에서 디테일을 만들어 실천해 나갈때 우주선의 기술 에어로젤을 통한 제로 열교는 꿈이 아닌 현실로 다가 올것입니다.

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[열교제로 에어로젤]에어로젤 건축 솔루션 탐구생활(3) 창호 개구부 열교차단재(1)

 

패시브하우스 창호 설치의 제1의 원칙은 단열재위에 창호를 시공하라는 것입니다.

단열재 위에 시공하는 것과  구조체 에 시공하는 것의 열교 값의 차이는 상상을 초월합니다.

 

사진1의 경우에서 보듯이 단열재위 창호를 설치하는 경우 열교값 ψ =0.005W/mK정도이며 Uw=install은 0.78 W/(m2K)입니다.

그런데 같은 종류의 창호를 구조체 위에 설치할 경우는 열교값이 ψ =0.15W/mK로 상승하고  Uw=install은 무려 1.19 W/(m2K)로 급상승하는 것을 알 수 있습니다.

우리가 패시브하우스 창호의 설치시 단열재 위 설치를 강조하는 이유가 여기에 있는 것입니다.

 

그런데 문제는 단열재위 창호의 설치시 설치 비용이 증가하는 단점이 발생합니다.

JS패시브하우스의 경우 역시 단열재 위 설치로 인해 700여만원 이상의 추가 비용이 발생하였습니다.

 

그런데 이러한 발상의 전환을 해봅니다.

만약 창호를 구조체 위 설치하면서도 열교값에 큰 변화가 없는 솔루션은 없을까?

만약 이러한 조건을 충족 시킬수 있는 솔루션이 있다면 패시브하우스 시공 기술의 일대 혁신을 이룰 수 있을 것입니다.

과연 이러한 솔루션은 불가능한 것일까요?  

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 <사진1 단열재 위 창호를 설치한 경우>

 

 

 

 

 

<사진2 구조체 위 창호를 설치한 경우>

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[열교제로 에어로젤] 에어로젤 건축 솔루션 탐구생활 (2) 발코니 열교차단재 

 

발코니가 있는 건축물의 가징 큰 열교 발생은 발코니와 본체가 만나는 지점입니다. 

우리나라의 건축문화는 아파트,빌라 할 것없이  캔틸레버식의 발코니 시공이 일반화 되어있습니다.  

일반적으로 30평 기준 아파트의 발코니 열교값은 ψ =1W/mK정도인데 

길이가 30M인 발코니의 연간 열에너지 손실은 다음과 같습니다.

1W/mK × 30m × 73 kKh/a = 2190kWh/a

이 수치를 100m2로 나누면 21.9kWh/m2a라는 결론이 나옵니다. 연간해서 1m2당 PET병 11개 정도의 열에너지가 손실되고 있다는 말이됩니다. 정말 놀라운 결과죠!!!

 

이러한 열교의 극복은 패시브하우스 시공에 있어서 핵심 요소입니다.

유럽의 경우 아이소코프등 제로 열교의 실현을 위한 솔루션이 많이 개발되어 있습니다만 안타깝게도 우리의 경우 그러한 자재들은 보급되어 있질 않습니다.

그렇다고 열교의 발생을 두 손 놓고 쳐다 볼 수 만은 없겠죠^^

 

아래의 사진은 경량목구조에서 응용해본 에어로젤을 사용한 발코니(엄밀히 말하면 테라스) 열교의 저감 솔루션입니다.

T&G합판 취부전 조이스트위에 에어로젤을 설치하고 벽체에도 에어로젤 70M/M를 사전에 설치한 모습입니다.

제로 열교까지는 아니겠지만  ψ =0.02W/mK 로 열교를 줄일 수 있는 솔루션이기에 경량목구조 혹은 스틸하우스에서 널리 적용될 수 있는 솔루션임에 틀림없습니다.

 

 

 

 

 

 

 

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[패시브하우스 자재] 에어로젤 건축 솔루션 탐구생활 (1) 브라켓 열교차단재 

 

패시브하우스 창호 설치시 스텐레스 브라켓을 사용하는데 이 브라켓의 베이스에는 열교(Thermal bridge)차단을 위해 EPDM을 설치합니다.

그런데 EPDM의 경우 시간이 지나면 경화 현상이 발생하는데 이 문제가 건축물의 안전성에도 커다란 해악을 끼칩니다.

에어로젤은 EPDM과 같은 경화 현상 발생이 없을 뿐더러 열전도율이 ( λ=0.015W/mk)에 불과하여 EPDM ( λ=0.035W/mk)에 비교하여 상대적으로 열교 발생의 위험이 현격히 감소합니다.

그래서 에어로젤은 스텐레스 브라켓의 베이스 자재로 안성맞춤이라 할 수 있습니다.

흔히들 에어로젤의 가격이 비싸다고들 하지만 스텐레스 브라켓 베이스의 적용시 불과 2-3㎡정도가 소요되는데 경제적으로도 큰 부담이 없는 가격이죠^*^

스텐레스 브라켓의 베이스 자재로서의 에어로젤은 한국 패시브하우스 기술 발전에 작은 디딤돌이 되리라 확신합니다~~~   

 

아래 사진들은 열교차단재 에어로젤을 이용한 스텐레스 브라켓의 설치 과정을 잘 보여주고 있습니다.

 

 

 

 

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[패시브하우스 자재] 에어로젤을 적용한 건축 솔루션 신상 종합 카다로그(2) 

 

에어로젤을 적용한 건축 솔루션 신상 종합 카다로그를 배포합니다.

카다로그가 필요하신분은 삼진에너홈으로 연락바랍니다.

삼진에너홈  전화 02-574-7236, 이메일 passivehouse1@nate.com

 

 

 

 

 

 

 

 

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[패시브하우스 자재] 에어로젤을 적용한 건축 솔루션 신상 카다로그(1) 

 

에어로젤을 적용한 건축 솔루션 신상 카다로그가 2013년 경향하우징 시점에 배포되고 있습니다.

카다로그가 필요하신분은 삼진에너홈으로 연락바랍니다.

삼진에너홈  전화 02-5764-7236, 이메일 passivehouse1@nate.com

 

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에어로젤을 적용한 건축 솔루션 유럽 동영상

패시브하우스자재/에어로젤 2014.12.10 11:14 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

에어로젤을 적용한 건축 솔루션 유럽 동영상 

 

 에어로젤을 적용한 건축 솔루션 유럽 동영상

 

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우주 먼지 쓸어담던 '에어로젤(Aerogel)' 이젠 지구서 활약

세상에서 가장 가벼운 고체
부피 98%가 공기… 열·충격에 거뜬, 시베리아·사막 등에선 단열재로 써

변신도 무한대, 능력도 무한대
이산화티타늄 입히면 물 흡수·정화… 초고감도 센서·백금 대체재로도 각광

밸런타인데이였던 지난 14일. 지구에서 태양 너머 3억2000만㎞ 떨어진 우주에선 '밸런타인 미팅'이 이뤄졌다. 미국 항공우주국(NASA)의 혜성탐사선 스타더스트(Stardust)호가 템펠1(Tempel1) 혜성을 추적, 근접한 것이다.

스타더스트는 NASA가 우주의 기원을 밝히기 위해 1999년 발사한 탐사선. 이를 위한 방법 중 하나가 혜성의 꼬리 속으로 들어가 우주먼지를 수집하는 것이었다. 스타더스트는 지난 2006년 혜성 빌트2(Wild2)에서 쏟아지는 물질을 수집, 이를 캡슐에 담아 지구로 보냈다.

스타더스트 덕분에 유명해진 것이 바로 에어로젤(Aerogel)이다. 스타더스트가 영하 270도의 우주에서 총알의 10배 속도로 날아오는 알갱이들을 받아낼 수 있는 건 '세상에서 가장 가벼운 고체'로 불리는 에어로젤 덕분이기 때문이다.

우주에서 효용을 증명한 에어로젤이 최근 진화하고 있다. 기존의 이산화규소(SiO₂·유리의 주성분)가 아닌 셀룰로오스나 탄소나노튜브, 백금 등 다양한 재료로 만들어진 신세대 에어로젤이 나오면서 기존 에어로젤에는 없었던 초고감도센서·오염정화·백금촉매 등의 기능까지 넘보고 있기 때문이다.

 

 

KIST가 개발한 에어로젤. 에어로젤 위에 꽃을 올려놓고 섭씨 700~800도의 열을 가해도 꽃이 상하지 않는다. /KIST 제공

◆에어로젤의 진화… 극한 환경에서 일상 속으로

1931년 미국 과학자 스티븐 크리슬러 박사가 처음 개발한 에어로젤은 도토리묵과 같은 젤 형태의 고체에서 물기(액체)를 완전히 빼고 그 자리에 기체를 채워넣어 만든 것이다. 부피의 98%가 공기여서 공기만큼 가볍다.

에어로젤이 지닌 나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 크기의 무수한 구멍은 열 전달을 차단하고 충격을 흡수하는 데 탁월하다.

공기를 통해 열이 전달되려면 공기 입자들이 자유롭게 움직일 수 있어야 하는데, 에어로젤 안에서는 공기 입자들이 수많은 방안에 갇혀 움직이지 못한다. 덕분에 두께가 1㎝인 에어로젤을 손바닥 위에 올려놓고 700~800도의 불꽃으로 달궈도 끄떡없을 정도다.

또 촘촘한 그물을 여러 겹으로 겹쳐놓으면 어떤 물체가 강한 힘으로 다가와도 그물이 찢어지지 않고 물체를 감싸버리듯, 미세한 구멍이 수없이 많은 에어로젤은 충격도 삼켜버린다. 이런 특성들 덕분에 에어로젤은 우주는 물론 추운 시베리아 지역이나 뜨거운 사막을 지나는 송유관을 감싸는 단열재 등 극한 환경에서 주로 사용됐다.

◆다양한 물질로 활용 폭 넓힌다

최근 과학계에서는 이산화규소가 아닌 새 재료를 사용한 신개념 에어로젤이 잇따라 등장하고 있다. 이들 신형 에어로젤들은 기존의 에어로젤이 갖지 못한 뛰어난 물성을 보여준다.

핀란드 헬싱키대 연구진은 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼(Advanced Functional Materials)' 최근호에서 식물 세포벽의 주성분인 셀룰로오스를 이용해 만든 에어로젤에 이산화티타늄(TiO₂)을 얇게 입히면 제 무게의 16배까지 물을 흡수할 수 있다는 사실을 발표했다.

이 에어로젤은 특히 이산화티타늄의 광촉매 기능을 이용해 오염된 액체를 정화하는 데도 쓸 수 있다는 게 연구진의 설명이다. 지난해 멕시코만 원유 유출 사고와 같은 비상 상황에서 원유를 흡착하는 데 사용될 수 있다는 것이다.

미국 센트럴 플로리다대 연구진은 탄소나노튜브로 에어로젤을 만드는 데 성공했다. 탄소나노튜브는 탄소원자로 이뤄진 빨대 모양의 물질로 전기가 잘 통할 뿐 아니라 다발로 묶으면 강도가 강철의 100배나 되는 꿈의 소재.

연구진은 탄소나노튜브로 만든 이 에어로젤 28g으로 축구장 3개의 넓이에 카펫을 깔 수 있다고 밝혔다. 그만큼 가볍다는 의미이다. 여기에 전기가 잘 통하는 탄소나노튜브의 특성을 응용하면, 손바닥 위에 있는 약 0.1g의 물질을 감지하는 초고감도 센서를 만들 수도 있다고 설명했다.

국내에서는 한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 연료전지의 전극이나 자동차 배가스 정화장치 등에 쓰이는 귀금속인 백금을 이용한 에어로젤을 만드는 연구를 하고 있다. 연구팀 서동진 박사는 "백금으로 만든 에어로젤은 같은 부피의 일반 백금보다 표면적이 엄청나게 넓기 때문에 백금 사용량을 획기적으로 줄이면서도 비슷한 성능을 낼 수 있다"고 말했다.
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[패시브하우스 자재] 에어로젤을 적용한 건축 솔루션 신상 카다로그(1) 

 

에어로젤을 적용한 건축 솔루션 신상 카다로그가 2013년 경향하우징 시점에 배포되고 있습니다.

카다로그가 필요하신분은 삼진에너홈으로 연락바랍니다.

삼진에너홈  전화 02-5764-7236, 이메일 passivehouse @ tistory.com

 

 

 

 

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에어로젤을 적용한 건축 솔루션 유럽 동영상

패시브하우스자재/에어로젤 2013.05.16 14:12 Posted by 패시브하우스 패시브하우스

에어로젤을 적용한 건축 솔루션 유럽 동영상 

 

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