KR101164585B1 - 외벽마감용 하이브리드 유니트패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축물의 외벽을 금속판재를 사용하여 마감하는 방법에 관한 것으로, 사용하는 마감판 소재의 두께를 크게 줄이고, 줄눈을 메꾸는 코오킹을 없애서 외벽이 영구히 오염되지않는 효과를 얻기 위하여 개발한 기술로서.
더욱 구체적으로는, 기존기술들은 금속제 마감판의 평활도를 유지하고, 하지철구조물에 나사못으로 고정하기 위한 수단으로 판재를 절곡하는 공정이 반드시 필요하였고 줄눈으로 빗물의 침투를 막기위한 줄눈코오킹이 필요하였으나,
본 발명은 절곡공정이 없이 판재의 절단공정만으로 마감판의 제작이 끝나고, 절단된 마감판은 공장의 조립정반 위에 절곡하지 않은 판 상태로 엎어서 배열한 후 가스켓 등의 줄눈구성재를 설치하고 그 위에 일정간격을 띄워서 하지철구조물(Back Frame)을 거치하고 상기한 얇은 판재들과 하지철구조물을 묶어주는 긴결철물들을 구조용 실란트(Structural Sealant)로 연결고정시킨 후 판재와 하지철구조물과의 사이 공간을 폴리우레탄폼 뿜칠로 충진하여 모든 구성부재들을 단일부재로 합성화(Composite)시킴으로서 풍하중에 대응하는 구조적인 강성을 확보하도록 하는 기술이다. 또한 이 합성화시키는 발포성형 과정에서 줄눈부위의 모든 틈이 메꾸어져 별도의 줄눈코오킹이 필요 없도록 한 기술이다.

Description

외벽마감용 하이브리드 유니트패널{A Hybrid Unit Panel for Exterior Wall}

본 발명은 건축물의 벽체의 표면을 마감하는 기술에 관한 것으로서, 주로 상업용 건축물의 벽체를 판재로 마감할 때 채광이 필요한 부분의 재료는 유리이고 채광이 필요없는 부분은 주로 알미늄이나 스텐레스 등 금속류의 판이거나 또는 석재판으로 마감되는데, 본 발명은 금속류의 판재로 마감되는 벽체에 관한 기술이다.

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금속류의 판재로 마감되는 벽체에 관한 선행 기술은 매우 다양하다.

일반적으로 건축물의 골조에 외벽마감재를 입히는 방법은 먼저 마감판재를 붙일 수 있도록 격자형으로 설계된 하지철구조물을 건물골조에 튼튼하게 설치하고 그 하지철구조물에 금속제 마감판을 나사못으로 취부하는 순서로 진행된다.

이에 관련된 알미늄 또는 스텐레스 등 금속제 마감판(이하 대표소재인 알미늄판 또는 마감판으로 표기)을 만드는 선행기술들은 모두 금속판재를 절단 및 절곡공정을 거쳐 생산하는 기술, 그 판재를 취부하는 방법, 그 판재줄눈을 처리하는 방법에 관한것들로서 조사한 바로는 20-027715, 10-0726930, 공개기술 10-2009-0081666, 10-2009-0123354, 10-2009-0119576 등등 매우 많다.

하지만 선행기술들은 도1에 표시한 것과 같이 모두 얇은 금속판재를 절단 후 절곡성형하여 마감판(1a)를 만든다.

현재 이 절곡공정은 다음과 같은 몇 가지 이유에서 반드시 필요했다.

첫째, 얇은 판재를 절곡을 함으로서 비로소 마감면의 평활도가 유지되고 바람에 대항할 수 있도록 구조적으로 튼튼해지고

둘째, 절곡한 끝날개부분에 구멍을 뚫어 나사못으로 마감판을 하지철구조물(Back Frame)에 밀착 고정시키는 공간으로서 반드시 필요했다.

하지만 이 절곡과정으로 인하여 생산된 마감판은 상당히 큰 제작치수의 오차를 갖게 된다.

얇은 금속판을 4방향 모두 절곡을 하기 위해서는 각각의 마감판 1개당 판재의 4귀를 오려낸 후 1변에 2번씩 모두 8번의 절곡공정을 거치게 되는데 이 과장에서 판의 가로, 세로, 대각선방향, 판재의 제작두께 등 전방향으로 절곡으로 인한 치수의 오차가 생기게 되는 것이다.

따라서 마감판마다 각기 다르게 가지게 되는 그 치수오차를 시각적으로나마 둔화시키기 위해서 금속판재 사이의 줄눈은 보통 15mm 이상으로 크게 한다.

절곡공정없이 절단만으로 판재가 생산되는 석재판의 경우는 치수오차가 적기 때문에 마감할 때의 줄눈크기는 6mm인 것과 비교하면 매우 큰 것이고 이는 또 줄눈채움재인 실리콘 등의 코오킹(6)도 많은 양 사용하게 되어서 도 4에 도시한 예와 같이 실리콘 기름으로 인한 외벽오염이 6mm 줄눈폭의 석재벽보다 훨씬 더 가중되는 것이다.

이러한 오염을 방지하기 위하여 공개기술10-2009-0012326 등등 오염의 원인물질인 코오킹(6)을 사용하지않는 기술들이 오픈조인트공법이라는 이름으로 많이 개발되었으나 과다한 추가비용과 함께 늘상 수직수평 줄눈이 교차하는 지점에서 빗물이 새어 들어오는 등의 신뢰성이 보장되지 못하여 널리 쓰이질 못하고 있다.

또한 근래들어 건축물의 초고층화가 늘면서 외벽을 유리나 석재 등의 판재로 마감하는 공법의 방식이, 판재들을 층높이만큼 크게 공장에서 미리 제작해서 현장에서는 중장비를 사용하여 대조립하는 속칭 유니트공법(Unitized System)이 여러 가지 장점을 가지고 있어 많이 보편화되는 추세이다.

하지만 마감재로 쓰이는 재료인 유리 석재 알미늄판 중에서 유독 알미늄 등 금속재질의 마감판만큼은 유니트공법이 잘 쓰이질 못하고 있다.

이는 다른 마감재와 달리 알미늄판의 제작과정에만 있는 절곡공정 때문에 각 판재들의 제작치수의 오차가 큰데다가 하지철구조물의 제작오차와 시공오차까지 합쳐져서 유니트공법으로 시공하고자 크게 공장제작을 하게 되면 오히려 치수오차가 누적되는 결과를 초래하여 시공품질이 더 나빠지기 때문이었다.

기존기술에서의 또 다른 문제점은 단열성능에 있다.

기존기술에 쓰이는 단열재(5a)는 주로 솜과 같은 섬유질성상의 유리솜이나 암면 류이다. 간혹 스치로폴이 쓰이나 판재상태의 스치로폴로는 절곡된 부분을 감싸기 어렵고 단열재 판재 자체의 이음새부분으로의 열손실이 발생하는 단점이 있다.

또한 이 유리솜과 같은 단열재(5a)는 섬유질의 특성 상 겨울철 흔히 발생하는 결로현상으로 젖게되어 단열성능이 무력화되는 문제를 일으키게 된다.

왜냐하면 외벽 표면에는 실내와 실외의 온도차와 수증기량의 차이로 인하여 따듯한 실내측면 쪽으로 결로가 생기게 마련이다. 실내쪽으로 붙여지는 솜과 같은 섬유질 성상의 단열재(5a)가 이 결로수를 빨아먹게 되고 단열재는 젖게 된다.

단열재는 젖으면 이미 단열재가 아니다.

젖은 단열재는 더욱 많은 결로를 유발하게 된다. 이는 난방부하를 가중시켜 에너지효율을 크게 떨어트리게 되고 탄소배출량이 현격하게 늘어나게 되는 악순환을 초래하게 된다.

본 기술이 해결하고자 하는 과제는 다음과 같다.

1. 두께 1mm이하의 얇은 알미늄판재가 가로 세로 모두 1m를 초과하는 외벽판재크기의 넓이 일 때도 평활도를 유지하는 방법

2. 두께 1mm 이하의 얇은 알미늄판재를 절곡 이나 용접 또는 구멍을 뚫치 않고 하지철구조물에 부착시키는 방법

3. 폭이 넓은 얇은 판재가 풍하중에 대항할 수 있는 단면성능을 가지는 방법

4. 판재 사이의 줄눈을 실리콘 코오킹없이 빗물의 침투를 차단하는 방법

5. 외벽마감판들을 공장에서 운반가능한 최대크기로 미리 조합생산하여 현장에서는 중장비를 이용하여 대조립하는 방식(Unitized System)으로 시공할 수 있는 방법

6. 해당 건축물의 단열성능을 혁신하여 탄소배출량을 크게 줄일 수 있는 방법

위에 설명한 과제들을 해결하는 수단 중 가장 우선되는 것은 마감판을 제작하는 방법과 시공하는 방법을 동시에 개선하는 것으로 시작한다.

우선 판재를 제작하는 새로운 방법으로

기존기술은 마감판 자체가 판판하게 평활도를 유지하고 또한 풍하중에 대항하기 위하여 최소 두께가 알미늄의 경우 3mm 정도의 두께를 사용하여야 했고 이 판을 하지철구조물에 나사못으로 고정시키기 위한 날개(1b)를 만들기 위해 절곡가공을 하여야만 했다.

본 기술에서는 상기한 과제를 해결하는 수단으로 알미늄 등의 마감판(1)과 하지철구조물(3)을 폴리우레탄폼(5)으로 일체화시키는 것이다.

이는 즉 객체 상태로 존재하는 여러 개수의 금속부재들을 완전히 다른 재료인 폴리우레탄폼(5)의 강력한 접착력을 이용하여 단일부재로 합성화(Composite) 시킴으로서 비로소 구조적인 강성을 확보하게 되는 하이브리드(Hybrid)공법이다.

보다 상세한 해결수단을 설명하면

본 발명은 바탕 하지철구조물(3)에 마감판(1)이 취부되는 건축물 외장패널에서, 상기 마감판(1)은, 절곡공정없이 절단공정만으로 제작되어 여러 개의 조각판이 이격 배치되는 구조이고, 상기 하지철구조물(3)과 마감판(1) 사이에는, 마감판(1)의 조각판 사이에서 줄눈을 형성하는 줄눈구성재(2)가 설치되는 한편 폴리우레탄폼(5)이 충진됨에 따라 상기 마감판(1)과 줄눈구성재(2) 및 하지철구조물(3)이 합성되는 것을 특징으로 한다.

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본 기술로서 얻어지는 효과를 정리하면 다음과 같다.

1. 기존기술에서 쓰이는 알미늄 판재의 두께가 3mm 인 것을 1mm이하로 대폭 줄이게 된다.

2. 평활도는 정반에 깔아서 폴리우레탄폼으로 발포성형 제작되므로 조립정반의 평활도와 똑같이 유지된다.

3. 얇은 알미늄 마감판(1)과 하지철구조물(3)이 강력한 접착력을 가진 폴리우레탄폼(5)으로 발포성형 충진되어 합성화(Composite)되기 때문에 얇은 알미늄 마감판(1)을 고정시키기 위한 별도의 기계적인 접합이 필요 없다.

4. 폴리우레탄폼(5)을 뿌리기에 앞서 줄눈크기에 합당한 가스켓 등의 줄눈구성재(2)를 붙이고 발포성형시키면 빗물이 침투할 수 있는 모든 틈들이 밀실하게 막히게 되어 코오킹(6)이 없어도 차수성능이 확보된다.

5. 마감판의 제작오차가 거의 없어지기 때문에 외벽마감판들을 공장에서 운반가능한 최대크기로 미리 조합생산하여 현장에서는 중장비를 이용하여 대조립하는 방식(Unitized System)으로 시공할 수 있다.

6. 단열방식이 외단열방식이고, 합성화시키는 기능재로 쓰이는 폴리우레탄폼 고유의 뛰어난 단열성능과 실내와 실외 간의 공기의 대류현상을 방지하는 차기(遮氣)성능과 그로 인한 결로발생이 전혀 없고, 따라서 단열재가 결로수로 젖는 하자가 불식되어 최상의 단열효과를 얻을 수 있기 때문에 결과적으로 건축물의 탄소배출량을 현격하게 줄일 수 있다.

도1은 종래기술에서의 알미늄 외장마감판의 설치를 보여주는 개략적인 단면도
도2는 본 발명을 이루는 구성물들의 주된 접합을 보여주는 개략적인 단면도
도3는 본 발명의 구성을 조립되는 순서대로 보여주는 사시도
도4는 종래기술에서 줄눈코오킹의 기름으로 인하여 외벽이 오염된 사례사진

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 하이브리드 유니트 패널의 실시 예를 설명한다.

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도 2는 본 발명의 주요 구성재들을 보여주는 대표 단면도이다.

도 2에서와 같이 본 발명에 따른 하이브리드 유니트 패널은, 바탕 하지철구조물(3)에 마감판(1)이 취부되는 건축물 외장패널로서, 마감판(1)이 절곡공정없이 절단공정만으로 제작되어 여러 개의 조각판이 이격 배치되는 구조로 마련되고, 상기 하지철구조물(3)과 마감판(1) 사이에 마감판(1)의 조각판 사이 줄눈을 형성하는 줄눈구성재(2)가 설치되는 한편 폴리우레탄폼(5)이 충진되는 구조로 완성된다. 폴리우레탄폼(2)에 의해 마감판(1)과 줄눈구성재(2) 및 하지철구조물(3)이 일체화되면서 합성되는 것이다. 여기서 폴리우레탄폼은 경질 재료로 형성시키는 것이 바람직하다.
특히 도 2에서는 줄눈구성재(2)가 모자(_∩_)형 단면 부재로 마련되어 이격 배치된 마감판의 조각판 사이에 설치되는 것을 확인할 수 있으며, 더불어 하지철구조물(3)과 마감판(1)이 이격 배치되어 긴결철물(4)에 의해 연결 고정된 상태에서 폴리우레탄폼(5)의 충진으로 합성되는 것을 확인할 수 있다. 나아가 도 2에서는 하지철구조물(3)이 각관에 의한 조립프레임으로 마련되고, 긴결철물(4)이 갈고리와 접합플랜지를 가지도록 마련되어 갈고리가 상기 하지철구조물(3)의 각관을 감도록 설치되는 한편 평평한 접합플랜지가 마감판(1)에 맞대어 구조용 실란트(Structural Sealant)로 밀착되도록 고정 설치되고 있다.

도 3은 패널의 구성물 등이 조립되는 순서대로 보여주는 사시도이다.
도 3에서 도시한 바와 같이 크게 패널의 외곽 크기와 모양을 형성하는 거푸집틀부와 알미늄 등의 마감판(1) 그리고 줄눈구성재(2) 및 긴결철물(4)과 하지철구조물(3), 마지막으로 뿜질되는 폴리우레탄폼(5)의 순서대로 조립 구성된다.
구성순서대로 설명하면, 먼저 공장에 미리 준비된 아주 평활한 조립정반 위에 패널을 형성하는 거푸집틀을 형성한다. 이 거푸집틀은 마감판(1)과 뿜질성형되는 폴리우레탄폼(5)을 위한 거푸집으로서 만들고자하는 유니트패널의 크기와 모양대로 조립과 해체가 가능한 구조로 만들어 조립된다.

얇은 두께의 알미늄 마감판(1)들을 절곡하지 않고 절단만 되어 조각판 상태로 준비하여 이를 엎어서 배열한 후, 조각판 사이에 줄눈구성재(2)를 설치하고 그 위에 필요한 단열두께만큼 일정간격을 띄워서 하지철구조물(3)을 거치하고, 얇은 마감판의 조각판들과 하지철구조물을 긴결철물(4)들로 서로 묶어준다. 긴결철물(4)은 갈고리형태로 하지철구조물(3)에 걸어 고정하는 한편 구조용 실란트(4a)로 마감판(1)에 고정하면서 마감판과 하지철구조물(3)을 서로 연결고정시키며, 이후 마감판(1)과 하지철구조물(3)과의 사이 공간을 폴리우레탄폼(5) 뿜질로 발포성형시켜 충진한다. 이로써 모든 구성부재들이 단일부재로 합성화(Composite)되며, 이렇게 완성된 패널은 풍하중에 대응하는 구조적인 강성을 확보할 수 있게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 마감판을 정반바닥에 엎어서 제작하는 기술로 인하여
1)마감판 소재의 두께는 얇아도 뛰어난 평활도를 얻게 된다
비록 소재두께는 기존기술보다 상대적으로 1/3 이하에 불과한 얇은 두께의 알미늄 등 마감판을 사용하지만 아주 평활한 상태의 조립정반 위에 엎어서 깔려있는 상태에서 폴리우레탄폼이 알미늄 판재의 뒷부분에 뿌려지고 곧바로 발포성형 되며 굳어지기 때문에 비교할 수 없는 최상의 평활도를 얻을 수 있다.
2)얇은 판재를 하지철구조물에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
알미늄 등 마감판과 하지철구조물을 서로 묶어주는 긴결철물(4)들은 도 2에 도시된 바와 같이 한쪽이 갈고리형태로 성형되어있어, 평활한 단부는 마감판(1)과 구조용 실란트(Structural Sealant)로 밀착하여 접착고정시키고, 반대편의 갈고리형태 쪽은 하지철구조물(3)에 걸어서 고정시키고 그 사이 공간에는 폴리우레탄폼(5)이 뿜질(Spray) 되어져 발포 성형되는 과정에서 폴리우레탄폼의 자기접착력에 의하여 고정된다.
3)풍하중에 유리하게 대항하는 구조성능을 확보할 수 있다.
풍하중에 대항하는 구조성능은 폴리우레탄폼(5)의 자체 접착강도(1.5~2KgF/㎠)로 인하여 알미늄 마감판(1)이 하지철구조물(3)과 서로 단일부재로 합성화되는 과정에서 구조성능을 확보하게 된다.
4)차수를 위한 줄눈을 효과적으로 처리할 수 있다.
일단 절곡공정이 없이 절단공정만으로 마감판의 제작이 끝나기 때문에 마감판의 치수 오차가 거의 없어 줄눈의 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 더불어 조립정반 위에 마감판(1)들을 수평으로 깔아놓은 상태에서 줄눈 크기에 합당한 크기의 가스켓 등의 줄눈구성재(2)를 붙이고 폴리우레탄폼(5)을 발포성형시키기 때문에 자기부피의 약 20배로 발포되는 과정에서 빗물이 침투할 수 있는 모든 틈들이 밀실하게 막히게 되어 기능공의 기능도나 성실도에 상관없이 코오킹이 없어도 균질한 차수성능을 확보할 수 있다.
5)해당 건축물의 층높이 크기로 공장제작해서 유니트공법을 구현할 수 있다.
절단공정만으로 마감판이 만들어지고 하지철구조물의 제작오차는 긴결철물에서 흡수되고 유니트패널이 조립정반의 거푸집틀에서 만들어지기 때문에 총 제작오차의 합계가 최소화 될 수 있어 공장제작하여 대조립하는 유니트공법에 적합하다.
6)단열효과를 향상시키고 결로하자 문제를 없앨 수 있다.
폴리우레탄폼(5)은 현존하는 단열재 중 최고의 단열성능을 가지고 있어 모든 냉장고의 단열재로 쓰이고 있고, 흡수율이 거의 제로이기 때문에 젖지 않으므로, 우수한 단열효과를 기대할 수 있다. 또한 폴리우레탄폼(5)은 실내와 실외를 구분짖는 경계면이자 결로발생부분인 알미늄 마감판의 뒷면에 직접 뿌려진 상태에서 발포성형되기 때문에 수증기를 함유한 공기층이 결로발생면에 존재할 수 없어 아예 결로의 요인이 없다.

1 : (절단된)마감판 1a: (절단,절곡된)마감판 1b: 마감판 날개
2: 줄눈구성재
3: 하지철구조물
4: 긴결철물 4a: 구조용 실란트
5: 폴리우레탄폼 5a: 단열재
6: 코오킹

Claims (4)

1. 바탕 하지철구조물(3)에 마감판(1)이 취부되는 건축물 외장패널에서,
   상기 마감판(1)은, 절곡공정없이 절단공정만으로 제작되어 여러 개의 조각판이 이격 배치되는 구조이고,
   상기 하지철구조물(3)과 마감판(1) 사이에는, 마감판(1)의 조각판 사이에서 줄눈을 형성하는 줄눈구성재(2)가 설치되는 한편 폴리우레탄폼(5)이 충진됨에 따라 상기 마감판(1)과 줄눈구성재(2) 및 하지철구조물(3)이 합성되는 것을 특징으로 하는 외벽마감용 하이브리드 유니트패널.
2. 제1항에서,
   상기 줄눈구성재(2)는, 모자(_∩_)형 단면 부재로 마련되어 마감판의 조각판 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 외벽마감용 하이브리드 유니트패널.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 하지철구조물(3)과 마감판(1)은, 서로 이격 배치되어 긴결철물(4)에 의해 연결 고정된 상태에서 폴리우레탄폼(5)의 충진으로 합성되는 것을 특징으로 하는 외벽마감용 하이브리드 유니트패널.
4. 제3항에서,
   상기 하지철구조물(3)은, 각관에 의한 조립프레임으로 마련되고
   상기 긴결철물(4)은, 갈고리와 접합플랜지를 가지도록 마련되어 갈고리가 상기 하지철구조물(3)의 각관을 감으면서 접합플랜지가 상기 마감판(1)에 맞대도록 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 외벽마감용 하이브리드 유니트패널.

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