KR102205828B1 - 열교 차단 단열재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교 차단 단열재에 관한 것으로, 판 형상으로 형성된 내화판; 상기 내화판이 상면과 하면에 각각 결합된 단열재; 상기 단열재의 상부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제1 인장 슬리브와, 상기 단열재의 하부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제2 인장 슬리브와, 상기 제1 인장 슬리브와 제2 인장 슬리브의 양단부에 각각 끼워지며, 상기 제1 인장 슬리브 및 제2 인장 슬리브의 내부에 인입된 각 단부가 이격되어 불연속 배치되는 인장 철근과, 상기 제1 인장 슬리브와 제2 인장 슬리브를 X자 형상으로 지지하는 지지부가 구비된 인장 모듈; 및 상기 인장 모듈과 일정 거리 이격되어 구비되는 압축 모듈; 을 포함하는 것을 기술적 특징으로 하며, 압축 모듈이 인장 철근으로부터 일정 거리 이격되게 구비됨으로써 작업성이 우수하면서도 압축 모듈을 최적으로 형성함으로써 압축력에 의한 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

열교 차단 단열재{Blocking Thermal Bridge Insulation}

본 발명은 열교 차단 단열재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축 모듈이 인장 철근으로부터 일정 거리 이격되게 구비됨으로써 작업성이 우수하면서도 압축력에 의한 변형을 최소화할 수 있는, 열교 차단 단열재에 관한 것이다.

일반적으로 발코니 또는 내외부가 관통되는 캔틸레버 구조를 가지는 건축물의 경우 외벽체와 외벽체에서 돌출된 슬래브의 경계에 열교(Heat Bridge)를 차단하기 위하여 단열재가 설치된다.

그러나 건축물의 외벽체로부터 돌출된 발코니와 같은 슬래브는 외기에 노출된 상태이기 때문에 외기 환경의 온도 변화에 따라 온도차에 의한 결로 발생이나 실내 에너지의 손실을 유발한다.

이에 콘크리트 슬래브와 외벽체의 경계에 열교 차단 단열재를 설치하여, 슬래브를 통한 결로 발생이나 실내 에너지의 손실을 줄여주도록 하고 있다. 그러나 콘크리트 슬래브 내에 구조 보강재인 철근이 외벽체와 연속해서 배치됨에 따라 열 차단 효과를 철근의 높은 열전도율에 의하여 외부로 많은 에너지가 손실되는 문제가 있다.

이와 관련해서 대한민국등록특허공보 제10-1462800호(2014.11.21.)에는 단열재 내부에 설치되는 인장 철근을 불연속 배치하여 열교 현상을 방지하고, 경사형 전단근이 수직하중에 대해 전단 저항하도록 하며, 압축하중을 충분히 전달받을 수 있도록 하는 압축 모듈이 공지되어 있다.

그러나 인장 철근의 양단부가 매립되는 인장 슬리브에 인장 철근의 양단부 외주연 전체가 밀착됨으로써 인장 철근의 열교 현상이 인장 슬리브에 의해 이루어져 에너지 손실이 발생한다는 문제가 있다. 또한, 경사형 전단근은 고착제에 의해 불연속 배치된 인장 철근의 양단을 이어줌으로써 전단근에 의해 인장 철근의 열교 현상이 이루어져 에너지 손실이 발생한다는 문제가 있다. 나아가 원기둥형태로 형성된 압축 모듈의 압축 강도가 비효율적이라는 문제 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 열교 차단 단열재를 출원하여 등록된 바 있다.(대한민국등록특허공보 제10-1788212호(2017.10.19.))

상기 열교 차단 단열재는 단열재에 의해 외벽체에서 돌출되는 슬래브의 경계에서 발생하는 선형 열교를 최소화해 주고, 단열재에 내장된 압축 모듈의 수평판의 트러스홀과 트러스 프레임에 의한 트러스 구조를 통해 압축 모듈의 수직 방향 어느 지점에서라도 하중이 발생하더라도, 이를 견고하게 지지할 수 있으므로, 단열재의 압축 강도를 강화시켜주는 효과가 있지만, 압축 모듈이 전단 철근에 의해 인장 철근과 연결되는 구조이므로 작업성이 떨어지는 문제가 있다.

KR 10-1462800 B1 2014.11.21. KR 10-1788212 B1 2017.10.19.

본 발명의 목적은, 압축 모듈이 인장 철근으로부터 일정 거리 이격되게 구비됨으로써 작업성이 우수하면서도 압축력에 의한 변형을 최소화할 수 있는, 열교 차단 단열재를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 수단을 제공한다.

본 발명은 판 형상으로 형성된 내화판; 상기 내화판이 상면과 하면에 각각 결합된 단열재; 상기 단열재의 상부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제1 인장 슬리브와, 상기 단열재의 하부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제2 인장 슬리브와, 상기 제1 인장 슬리브와 제2 인장 슬리브의 양단부에 각각 끼워지며, 상기 제1 인장 슬리브 및 제2 인장 슬리브의 내부에 인입된 각 단부가 이격되어 불연속 배치되는 인장 철근과, 상기 제1 인장 슬리브와 제2 인장 슬리브를 X자 형상으로 지지하는 지지부가 구비된 인장 모듈; 및 상기 단열재의 하부에서 관통하여 설치되되, 상기 제1 인장 슬리브와 제 2 인장 슬리브 및 지지부 사이사이에 위치하여 상기 인장모듈과 접하지 않는 압축 모듈;을 포함하며, 상기 압축 모듈은, 전면부; 상기 전면부에 대향되는 후면부; 상기 전면부와 후면부의 하부면을 연결하며 길이방향으로 굴곡없이 반듯하며 긴 평면형상의 하면부; 상기 전면부와 후면부의 상부면을 연결하며 하면부와 마찬가지로 길이방향으로 긴 평면이되, 양쪽 끝단이 위로 돌출된 상면부; 상기 전면부와 후면부를 길이 방향의 끝단에서 연결하되 외측으로 돌출되도록 하는 라운드 형상으로 되고, 상기 전면부와 후면부의 폭보다 좁게 형성되는 측면부; 및 상기 전면부와 후면부를 길이 방향으로 연결하는 평평한 판 형상의 기둥;을 포함한다.

삭제

상기 압축 모듈의 높이(h)는 상기 열교 차단 단열재 높이의 12~18% 이다.

상기 압축 모듈은 상기 상면부에서 상기 하면부로 갈수록 폭이 넓어지는 상협하광 형상으로 형성되되, 상기 압축 모듈의 측면부의 윗변(a)의 길이와 아랫변(b)의 길이의 비율(a/b)은 0.45~0.55이다.

상기 상면부는 평면으로 형성되는 상면중앙부와 상면중앙부의 양단부에 각각 연결되면서 단부로 갈수록 점차 상향되는 상면라운드부로 형성되되, 중심선으로부터 직선으로 뻗는 한쪽 길이의 2배(2L)와 단열재 내부에 삽입되는 압축 모듈의 길이(e)의 비율(2L/e)는 0.45~0.50이다.

열교 차단 단열재 내에 삽입되지 않고 건물에 열교 차단 단열재가 설치된 이후 타설되는 콘크리트와 만나게 되는 부위의 길이(d)와 압축 모듈의 측면부의 아랫변(b)의 길이의 비율(d/b)은 0.40~0.45 이다.

본 발명에 따른 열교 차단 단열재는 압축 모듈이 인장 철근으로부터 일정 거리 이격되게 구비됨으로써 작업성이 우수하면서도 압축 모듈을 최적으로 형성함으로써 압축력에 의한 변형을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열교 차단 단열재의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교 차단 단열재의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 열교 차단 단열재의 측면도이다.
도 4는 압축 모듈의 윗변(a)과 아랫변(b)의 비율 및 높이(h)의 최적값을 도출하기 위한 형상을 나타내는 그림이다.
도 5는 응력이 전달되는 표면적의 최대화를 위해 콘크리트 삽입부분(d)의 최적값을 도출하기 위한 형상을 나타내는 그림이다.
도 6은 압축 모듈의 체적을 최소화하기 위해 상면중앙부의 절반의 길이(L)의 최적값을 도출하기 위한 형상을 나타내는 그림이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 열교 차단 단열재의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교 차단 단열재의 정면도이고 도 3은 본 발명에 따른 열교 차단 단열재의 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 열교 차단 단열재를 설명한다.

본 발명의 열교 차단 단열재는,

판 형상으로 형성된 내화판(100);

상기 내화판(100)이 상면과 하면에 각각 결합된 단열재(200);

상기 단열재(200)의 상부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제1 인장 슬리브(310)와, 상기 단열재(200)의 하부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제2 인장 슬리브(320)와, 상기 제1 인장 슬리브(310)와 제2 인장 슬리브(320)의 양단부에 각각 끼워지며, 상기 제1 인장 슬리브(310) 및 제2 인장 슬리브(320)의 내부에 인입된 각 단부가 이격되어 불연속 배치되는 인장 철근(330)과, 상기 제1 인장 슬리브(310)와 제2 인장 슬리브(320)를 X자 형상으로 지지하는 지지부(340)가 구비된 인장 모듈(300); 및

상기 인장 모듈(300)과 일정 거리 이격되어 구비되는 압축 모듈(400);

을 포함한다.

상기 내화판(100)은 단열재(200)의 상면과 하면에 각각 설치되어 단열재(200)를 통해 화재가 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다. 내화판(100)은 단열재(200)의 폭과 길이와 동일하게 형성되며, 내화판의 두께에 따라 단열재(200)의 상면과 하면에 접착제로 부착되거나 별도의 플라스틱 부재가 설치된 후 내화판이 설치되기도 한다.

상기 단열재(200)는 외벽체와 외벽체에서 돌출된 슬래브의 경계에 열교(Heat Bridge)를 차단을 위해 설치되는 것으로 사각 블럭 형태로 형성된다. 단열재(200)의 앞뒤 폭과 좌우 길이 및 두께는 설치되는 외벽체의 두께와 크기에 따라 달라진다. 단열재(200)의 재질은 EPS(Expanded Polystyrene), XPS(Extruded Polystylene), EVA(Ethylene VinylAcetate), EPP(Expanded Polypropylene) 등이 사용될 수 있다.

상기 단열재(200)의 상면과 하면에는 화재 발생시 건물의 상층과 하층간의 불이 번지는 것을 막아주는 내화판(100)이 결합된다.

단열구조체는 단열재인 동시에 구조적인 역할을 수행하기 때문에 철근이 배근되어야 하나 철근의 열전도율이 50W/m·K로 매우 높기 때문에 철근을 그대로 배치할 경우 열이 그대로 관통하는 통로가 된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 열전도율이 15W/m·K로 철근보다 월등히 낮은 SUS(Stainless Steel)를 제1 인장 슬리브(310)와 제2 인장 슬리브(320)에 적용하여 열류량값을 줄인다.

제1 인장 슬리브(310)와 제2 인장 슬리브(320)에 적용되는 SUS의 길이가 너무 짧으면 철근을 통해 이동하는 열이 발생하면서 전체 열류량이 높아지고, SUS의 길이가 길어지면 철근보다 고가인 SUS의 사용량이 늘어나면서 단가가 올라가게 된다. 따라서 철근이 제품의 열 이동에 영향을 미치지 않는 상태의 지점을 정확히 찾아서 열류량과 SUS의 사용량을 최소화시킨다.

상기 지지부(340)는 상기 제1 인장 슬리브(310)의 일단과 제2 인장 슬리브(320)의 타단과 끼움결합으로 결합되어 사선으로 연결되는 제1 지지부(341)와;

상기 제1 인장 슬리브(310)의 타단의 하부와 제2 인장 슬리브(320)의 일단의 상부에 접착되어 사선으로 연결되는 제2 지지부(343);

을 포함한다.

상기 지지부(340)는 상기 제1 인장 슬리브(310)와 제2 인장 슬리브(320)를 X자 형상으로 지지하므로써 Tension Strength 와 Shear Strength 에 의하여 변형이 발생하는 것을 억제하는 하는 역할을 수행한다.

본 발명은 압축 모듈(400)이 인장 철근(320)으로부터 일정 거리 이격되게 구비됨으로써 작업성이 우수하면서도 압축력에 의한 변형을 최소화할 수 있는 형상을 발명한 것이 특징이다.

본 발명의 압축 모듈(400)은 상기 단열재(200)의 하부에 앞뒤 방향으로 관통하여 설치된다. 상기 압축 모듈(400)은 상기 인장 철근(320)의 사이 사이에 형성되므로 작업성이 우수한 장점이 있으나, 단열재(200)의 앞뒤에서 돌출되어 지지되면서도 변형 또는 파괴가 발생할 우려가 있다. 또한, 일반 콘크리트는 압축강도가 약 20~24MPa 인데 비하여 압축 모듈(400)은 최대 240MPa로 약 10배의 강도 차이가 있으며, 따라서, 콘크리트와 압축 모듈(400)의 접촉하는 부위에서 지압 응력이 최대 허용 지압 응력을 초과함으로써 지압파괴가 발생할 수 있다. 또한, 압축 모듈(400)은 조성물에 따라 그 주변의 단열재(200)보다 약 27~50배의 열전도율값이 높아 단열효과가 낮은 문제가 있기 때문에 구조적인 안전성을 확보하는 조건 내에서 체적을 최소화하여 전체 제품의 단열 성능을 향상시키도록 하여야 한다. 또한, 열교차단 단열재는 하단부에서 가장 크게 압축력이 작용하고 높이의 중심부 위치까지 올라가면서 크기가 작아지고, 상부는 인장력이 작용한다.

본 발명에서는 압축력뿐만 아니라 지압파괴, 인장력, 응력을 고려요소로 넣고, 압축 모듈(400)의 형상을 제공하는 것에 특징이 있다.

압축 모듈의 형상에 따라 도출되는 응력을 검토하기 위한 것이 목적이므로 형상의 곡면 구현을 위하여 3차원 해석을 실시하였다. 3차원 해석의 전제조건은 슬래브는 4.5m × 4.5m의 장방형이고, 베란다의 돌출 길이는 1.5m로, 총 모델링 공간의 크기는 4.5m × 6.0m 이다. 경계조건은 건물의 실내 슬래브 3면을 모두 고정단으로 가정하였고, 외부 베란다와 연결되는 부위는 휨 모멘트에 의한 압축력이 작용하도록 설정하였다. 압축응력은 베란다와 실내 슬래브의 경계 중 가장 가장자리에서 가장 크므로 가장자리 0.5m를 대상으로 하였다.

압축모듈(UHPC)의 압축모델은 Thorenfeldt에 의해 제안된 모델을 사용하였으며, 압축모듈의 물성 조건은 아래 표 1과 같다.

Compressive Strength (MPa)	Young's Modulus (GPa)	poissin's ratio (N/㎟)	Mass density (T/㎥)
218	49.8	0.19	2.2

해석 모델은 육면체가 아닌 곡면으로 구성되어 있어 삼각형 형태로 mesh 타입을 설정하였으며, 고차요소(Quadratic)를 선택한 후 mesh의 가운데 절점을 위치시킴(on shape)으로써 곡선에서 정확한 곳에 절점이 위치하도록 하였다. 또한 곡률에 따라 나누어진 각 개체의 사이즈를 맞추는 설정은 해제하여 각 엘레멘트가 깨지지 않도록 하였다.

지점과 하중조건은 단열구조체 제품 내에서 압축 모듈의 실제 거동양상을 거려하여 내부 슬래브와 연결되는 쪽은 고정단 설정하였으며, 베란다 쪽의 면은 압축요소 유닛 1개당 작용하는 외력을 표면적으로 나눈 값을 하중으로 적용시키고 일방향으로 변형이 일어날 수 있게 조건 설정을 하였다.

상기 압축 모듈은 구조적으로 안정성을 확보하는 조건 내에서 체적을 최소화하여 열교 차단 단열재의 단열성능을 향상시키는 것이 매우 중요하다.

압축력은 열교 차단 단열재의 하단부에서 제일 크게 작용하고 높이 중앙의 위치까지 위쪽으로 올라갈수록 크기가 작아지기 때문에 이와 같은 조건을 고려하여 윗부분으로 갈수록 압축 모듈의 체적이 작아지는 형태가 되도록 제조하였다.

압축력이 전달될 때 압축 모듈의 표면에서 집중응력이 발생한 후 힘이 이동하면서 균등하게 퍼지기 때문에 응력이 집중되는 양쪽면에 표면적이 최대한 커지도록 제조하였다.

상기 압축 모듈의 하부는 압축, 상부는 인장력이 작용하여 밑 부분일수록 제일 큰 압축력이 작용하므로 이를 반영하여 제조하였다.

상기 압축 모듈의 표면에서 응력이 집중되고 이 부위에서 멀어질수록 힘이 균등하게 작용하기 때문에 표면적을 가능한 범위 내에서 최대가 되도록 제조하였다.

도 4의 Step 1의 여러 변수들 가운데 최적의 형상이 도출되면 그 형상에 도 5의 Step 2의 변수를 적용하였다. 그 후 다시 도출된 최적 옵션에 다시 도 6의 Step 3의 변수를 적용하여 최종 형상을 결정하였다.

도 4의 Step 1은 윗변(a)과 아랫변(b), 중심부 높이(h)를 변수로 하여 체적이 동일하게 총 12 case를 비교하였다.

도 5의 Step 2는 양쪽면의 표면적을 최대로 하기 위해 타원의 반지름 변수(d)를 설정하였다.

도 6의 Step 3은 중심부 높이 및 양쪽면 높이는 고정한 상태로 체적을 줄이기 위한 변수를 설정하였다.

상기 압축 모듈(400)은, 기본적으로,

전면부(401);

상기 전면부(401)에 대향되는 후면부(402);

상기 전면부(401)와 후면부(402)의 하부면을 연결하며 길이방향으로 긴 평면형상의 하면부(403);

상기 전면부(401)와 후면부(402)의 상부면을 연결하며 하면부(403)와 마찬가지로 길이방향으로 긴 평면이되, 양쪽 끝단이 위로 돌출된 상면부(404);

상기 전면부(401)와 후면부(402)를 길이 방향의 끝단에서 연결하되 외측으로 돌출되도록 하는 라운드 형상으로 되고, 상기 전면부(401)와 후면부(402)의 폭보다 좁게 형성되는 측면부(405); 및

상기 전면부(401)와 후면부(402)를 길이 방향으로 연결하는 평평한 판 형상의 기둥(406);

을 포함한다.

상기 압축 모듈(400)은 상기 상면부(404)에서 상기 하면부(403)로 갈수록 폭이 넓어지는 상협하광 형상으로 형성된다.

상기 상면부(404)는 평면으로 형성되는 상면중앙부와 상면중앙부의 양단부에 각각 연결되면서 단부로 갈수록 점차 상향되는 상면라운드부로 형성된다.

도 4에서, 상기 압축 모듈(400)의 높이(h)는 상기 열교 차단 단열재 높이의 12~18% 인 것이 바람직하다. 상기 압축 모듈의 높이(h)가 상기 열교 차단 단열재 높이의 12% 미만이면 압축 모듈의 상단부에서 인장응력이 작용하는 문제가 있고, 18% 초과이면 변형이 발생하는 문제가 있다.

열교 차단재 높이의 12~18% 범위에 해당하는 압축모듈의 높이(h)가 확보된 상태에서 상기 압축 모듈(400)의 측면부(405)의 윗변(a)의 길이와 아랫변(b)의 길이의 비율(a/b)은 0.45~0.55 인 것이 바람직하다. 상기 압축 모듈의 측면부(405)의 윗변(a)과 아랫변(b)의 비율이 0.45 미만이면 압축모듈의 상면부가 얇아져 압축력을 견디지 못하고 파괴될 수 있으며, 상기 압축 모듈의 측면부(405)의 윗변(a)과 아랫변(b)의 비율이 0.55 초과하면 최대 압축응력이 커지는 문제가 있다. 압축응력이 커지면 외력에 대응할 수 있는 한계가 줄어든다. 실험예에서는 CASE 5가 가장 좋은 형상이다. CASE 5는 최대 압축응력이 115MPa로 가장 작고, X 축으로 변형된 길이도 0.06㎜로 가장 작으며, 동시에 인장응력도 발생하지 않았다.

도 5에서, 열교 차단 단열재 내에 삽입되지 않고 건물에 열교 차단 단열재가 설치된 이후 타설되는 콘크리트와 만나게 되는 부위의 길이(d)와 압축 모듈의 측면부(405)의 아랫변(b)의 길이의 비율(d/b)은 0.40~0.45 인 것이 바람직하다. 길이(d)는 압축 모듈(400)이 단열재(200)가 아닌 콘크리트 쪽으로 어느 정도 돌출되었는지를 알 수 있는 척도이다. 길이(d)가 클수록 압축 모듈이 양쪽으로 돌출된 체적이 많아지며 표면적 또한 넓어지게 된다. 콘크리트 쪽으로 돌출된 부분은 표면에서 응력이 집중되고, 이 부분이 너무 작으면 힘의 균등이 약해져 쉽게 파손될 수 있으므로 어느 정도 돌출되어야 이러한 응력의 집중을 방지할 수 있다.

열교 차단 단열재 내에 삽입되지 않고 건물에 열교 차단 단열재가 설치된 이후 타설되는 콘크리트와 만나게 되는 부위의 길이(d)와 압축 모듈의 측면부의 아랫변(b)의 길이의 비율(d/b)이 0.40 미만이면 표면적이 줄어들어 힘이 균등하게 적용되지 않아 쉽게 파손될 수 있고, 0.45 초과이면 표면적은 넓어지나 측면으로 돌출되는 면이 양쪽으로 뾰족하게 형성되어 오히려 파괴의 위험이 높아지고 그 부위에서 인장응력이 작용하는 문제가 있다.

도 6에서 중심선으로부터 직선으로 뻗는 한쪽 길이의 2배(2L)와 단열재(200) 내부에 삽입되는 압축 모듈의 길이(e)의 비율(2L/e)는 0.45~0.50 인 것이 바람직하다.

중심선으로부터 직선으로 뻗는 한쪽 길이의 2배(2L)와 단열재(200) 내부에 삽입되는 압축 모듈의 길이(e)의 비율(2L/e)가 0.45 미만이면 뾰족해져서 파손의 위험이 높아져 충분한 구조체 역할이 어렵고, 0.50 초과이면 압축 모듈이 전면과 중앙, 후면의 부피가 유사해져서 전열량이 증가하는 문제가 있다. 압축 모듈(400)은 단열재(200) 보다 열전도율이 높아 이 부분으로 단열 효과가 약화되는 문제가 있는 바, 0.50 보다 크게 되면 전열량이 크게 증가되어 단열효과가 약화된다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실험예 1]

압축 모듈의 최적형상을 도출하기 위하여 외력이 작용하는 양쪽 측면부의 윗변과 아랫변, 상면중앙부의 높이를 첫 번째 변수로 설정하여 유한요소 해석을 진행하였다. 도 4와 같이 측면부의 윗변 a는 10~28.5㎜, 측면부의 아랫변 b는 14.5~50㎜, 상면중앙부의 높이 h는 9.5~31.5㎜의 범위 내에 위치하며, 각 케이스별로 형상은 상이하나 체적은 동일한 값이 되도록 설정하였다. 다양한 압축 모듈의 형상별로 도출된 최대 압축응력값과 X축으로 발생하는 변형 길이를 비교하여 최소값이 나오며 동시에 인장응력이 발생하지 않는 경우를 찾아 압축 모듈의 최적단면 형상으로 결정하였다. 압축 모듈의 단면형상에 따른 CASE 12개의 구조해석 결과를 표 2 내지 표 4 에 나타내었다.

	CASE 1	CASE 2	CASE 3	CASE 4
모델링
윗변 a	8.5	16.5	36	26.5
아랫변 b	20	30	50	40
a/b	1.425	1.55	0.72	0.66
중심높이 h	30	18	9.5	12.5
최대변형값 (㎜)
	0.065	0.071	0.089	0.08
SXX 응력 (MPa)
	최대: 압축127	최대: 압축134	최대: 압축145	최대: 압축141
	최소: 압축3.53	최소: 압축0.773	최소: 인장20.9	최소: 인장11.5

	CASE 5	CASE 6	CASE 7	CASE 8
모델링
윗변 a	10	11.5	12.5	14
아랫변 b	18.5	17	16	14.5
a/b	0.54	0.68	0.78	0.96
중심높이 h	30.5	30.9	31.1	31.5
최대변형값 (㎜)
	0.0609	0.0673	0.0693	0.0701
SXX 응력 (MPa)
	최대: 압축115	최대: 압축136	최대: 압축143	최대: 압축146
	최소: 압축6.25	최소: 압축3.05	최소: 압축2.6	최소: 압축1.7

	CASE 9	CASE 10	CASE 11	CASE 12
모델링
윗변 a	22.5	14	16	28.5
아랫변 b	30	20	20	30
a/b	0.75	0.7	0.8	0.95
중심높이 h	16	25.5	24	15
최대변형값 (㎜)
	0.0766	0.0693	0.0712	0.0795
SXX 응력 (MPa)
	최대: 압축145	최대: 압축138	최대: 압축143	최대: 압축153
	최소: 인장7.87	최소: 압축2.6	최소: 압축2.12	최소: 인장1.92

표 2 내지 표 4 에 의하면, 해석결과 압축 모듈의 높이가 낮아 좌우로 넓은 형태인 CASE 3, 4, 9, 12의 경우 압축 모듈의 상단부에서 인장응력이 작용하는 것으로 나타남으로써 압축 모듈이 일정 높이 이상이 되어야 안정적으로 압축응력만 발생함을 확인하였다.

상기 압축 모듈의 높이는 열교 차단 단열재 전체 제품 높이의 12~18% 인 것이 바람직하다.

압축 모듈의 측면부의 윗변과 아랫변 비율이 커질수록, 즉 측면부의 윗변과 아랫변의 길이가 같을수록 최대 압축 응력값이 크게 도출되는 경향을 나타냈다.

상기 압축 모듈의 측면부의 윗변(a)과 아랫변(b)의 최적 비율(a/b)은 0.45~0.55인 것이 바람직하다. 이 범위 안에서는 전체 작용하는 외력 값이 동일하더라도 압축 모듈에 작용하는 최대 압축 응력값이 다른 케이스에 비해 작은 것을 확인하였으며, 이는 형상에 따라 힘이 균등하게 분포됨으로써, 이러한 차이가 나타나는 것으로, 큰 외력에 견딜 수 있음을 의미한다.

전체 결과값 중에서 최대 압축응력이 115MPa로 가장 작고, X축으로 변형된 길이도 0.06㎜로 가장 작으며 동시에 인장응력도 발생하지 않은 CASE 5가 압축 모듈의 최적 단면 형상인 것을 확인할 수 있다.

[실험예 2]

도출된 압축 모듈의 최적 단면형상에 적용할 양쪽 측면부의 최적 도출길이를 두 번째 변수로 설정하였다. 압축력이 전달되는 양쪽 측면부의 경우 면적을 최대로 해야 응력이 효율적으로 전달될 수 있으므로 최대 표면적을 확보하는 동시에 적절한 구조값이 도출되는 경우를 구조해석을 통해 찾아내었다. 도 5에 나와 있는 d 부분은 단열구조체 내 EPS에 삽입되지 않고 건물에 제품이 설치된 이후 타설되는 콘크리트와 만나게 되는 부위의 길이이다. 즉 d 값이 클수록 압축 모듈이 양쪽으로 튀어나오는 부위의 체적이 많아지며 표면적 또한 넓어지게 된다. 변수로 적용한 d 값은 압축 모듈 아랫변 길이(b, 18.5㎜)의 약 80%를 시작으로 길이를 점점 짧게 줄이면서 최적의 값을 찾아냈다.

	CASE 13	CASE 14	CASE 15
모델링 perspective
모델링 TOP
돌출길이 d (㎜)	15	10	8
응력전달부분 한쪽 표면적 (㎟)	1032	787	700
최대 변형값 (㎜)
	0.0705	0.069	0.0683
SXX 응력 (MPa)
	최대: 압축 149	최대: 압축 134	최대: 압축 128
	최소: 인장 0.038	최소: 인장 1.05	최소: 압축 2.9

표 5와 같이, 구조해석 결과 d 값이 너무 큰 경우 표면적은 넓어지나 양쪽으로 도출되는 면이 뾰족하게 형성되어 그 부위에서 인장응력이 작용함을 확인하였다. 따라서, 표면적이 최대가 되는 동시에 인장응력이 발생하지 않는 경우를 찾은 결과 측면부의 아랫변 길이(b, 18.5㎜)의 43%에 해당하는 길이인 8㎜인 것을 확인할 수 있다.

[실험예 3]

실험예 1, 2에서 최적의 구조성능을 갖춘 압축형상의 단면적과 상면중앙부의 높이, 양쪽 측면부의 돌출길이를 검토하였다. 그러나 제품이 실내외로 이동하는 열량을 최소화 하는 것이 목적이므로 구조성능이 확보된 상태에서 압축 모듈의 체적을 최소화하는 것이 중요하다. 따라서 도출된 압축 모듈 형상의 변수를 만족하는 조건에서 상대적으로 압축력이 덜 작용하는 상면라운드부를 아래로 볼록한 곡면으로 삭제하여 최종 형상을 결정하였다. 도 6과 같이, 양쪽 측면부의 단면과 상면중앙부의 높이를 만족하면서 체적을 최소화하기 위하여 아래로 볼록한 형태로 압축 모듈의 상면라운드부를 삭제하였다. 압축모듈의 중심선을 기준으로 하여 직선으로 뻗는 한쪽 길이를 변수로 설정하였다.

	CASE 16	CASE 17	CASE 18
모델링
중심선으로부터 직선으로 뻗는 한쪽 길이 L(㎜)	10	15	20
압축 모듈 체적(㎟)	788	736	700
SXX 응력 (MPa)
	최대: 압축 132	최대: 압축 128	최대: 압축 128
	최소: 압축 3.52	최소: 압축 9.9	최소: 압축 5.49

표 6과 같이 L 값이 길수록 압축 모듈의 체적이 줄어들어 전체 제품의 단열성능이 우수해지는 것을 알 수 있다. 해석 결과 EPS 내부에 삽입되는 압축 모듈의 길이 85㎜ 중 45~50%에 해당하는 40㎜(L=20㎜)가 직선으로 뻗은 형상이 최저 압축 응력값이 도출된 동시에 체적도 최소값을 갖는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 도 4에서, 상기 압축 모듈의 높이(h)는 상기 열교 차단 단열재 높이의 12~18% 인 것이 바람직하다.

또한, 상기 압축 모듈의 측면부의 윗변(a)의 길이와 아랫변(b)의 길이의 비율(a/b)은 0.45~0.55 인 것이 바람직하다.

도 5에서, 열교 차단 단열재 내에 삽입되지 않고 건물에 열교 차단 단열재가 설치된 이후 타설되는 콘크리트와 만나게 되는 부위의 길이(d)와 압축 모듈의 측면부의 아랫변(b)의 길이의 비율(d/b)은 0.40~0.45 인 것이 바람직하다.

도 6에서 중심선으로부터 직선으로 뻗는 한쪽 길이의 2배(2L)와 단열재(200) 내부에 삽입되는 압축 모듈의 길이(e)의 비율(2L/e)는 0.45~0.50 인 것이 바람직하다.

[실험예 4]

제품의 열관류율 혹은 열전도율 값을 구하기 위해서는 이동하는 열량이 있어야 하므로, 제품이 설치된 위치를 기준으로 하여 실내는 20℃, 실외는 0℃로 온도 차이를 설정한 후 전열평가를 진행하였다. 단열재(200)로부터 돌출된 제1 인장 슬리브(310)의 길이(c)를 달리하며 각각의 경우에 계산된 열류량과 등가 열관류율값을 비교하여 표 7에 나타내었다. 단열재의 두께(e)는 80㎜이다.

SUS 돌출된 길이 (c)	40 ㎜	50 ㎜	60 ㎜	70 ㎜	80 ㎜	90 ㎜	100 ㎜	110 ㎜	120 ㎜
등가 열관류율 (W/㎡·K)	1.509	1.499	1.491	1.487	1.483	1.481	1.480	1.479	1.479
열유량 Q(W)	6.338	6.294	6.264	6.244	6.229	6.222	6.216	6.210	6.210

표 7에 의하면 단열재(200)로부터 돌출된 제1 인장 슬리브(310)의 길이(c)가 110~120㎜ 인 경우 등가 열관류율값과 열류량값이 변함없는 것을 확인할 수 있다. 따라서 이 지점이 SUS 사용량과 열류량값이 모두 최소가 되는 부분이다.

100 : 내화판 200 : 단열재
300 : 인장 모듈
310 : 제1 인장 슬리브 320 : 제2 인장 슬리브
330 : 인장 철근 340 : 지지부
341 : 제1 지지부 343 : 제2 지지부
400 : 압축 모듈
401 : 전면부 402 : 후면부
403 : 하면부 404 : 상면부
405 : 측면부 406 : 기둥

Claims (6)

1. 판 형상으로 형성된 내화판;
   상기 내화판이 상면과 하면에 각각 결합된 단열재;
   상기 단열재의 상부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제1 인장 슬리브와, 상기 단열재의 하부에서 전후 방향으로 관통하여 매립되는 제2 인장 슬리브와, 상기 제1 인장 슬리브와 제2 인장 슬리브의 양단부에 각각 끼워지며, 상기 제1 인장 슬리브 및 제2 인장 슬리브의 내부에 인입된 각 단부가 이격되어 불연속 배치되는 인장 철근과, 상기 제1 인장 슬리브와 제2 인장 슬리브를 X자 형상으로 지지하는 지지부가 구비된 인장 모듈; 및
   상기 단열재의 하부에서 관통하여 설치되되, 상기 제1 인장 슬리브와 제 2 인장 슬리브 및 지지부 사이사이에 위치하여 상기 인장모듈과 접하지 않는 압축 모듈;을 포함하며,
   
   상기 압축 모듈은,
   전면부;
   상기 전면부에 대향되는 후면부;
   상기 전면부와 후면부의 하부면을 연결하며 길이방향으로 굴곡없이 반듯하며 긴 평면형상의 하면부;
   상기 전면부와 후면부의 상부면을 연결하며 하면부와 마찬가지로 길이방향으로 긴 평면이되, 양쪽 끝단이 위로 돌출된 상면부;
   상기 전면부와 후면부를 길이 방향의 끝단에서 연결하되 외측으로 돌출되도록 하는 라운드 형상으로 되고, 상기 전면부와 후면부의 폭보다 좁게 형성되는 측면부; 및 상기 전면부와 후면부를 길이 방향으로 연결하는 평평한 판 형상의 기둥;을 포함하는,
   열교 차단 단열재.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 압축 모듈의 높이(h)는 상기 열교 차단 단열재 높이의 12~18%인,
   열교 차단 단열재.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 압축 모듈은 상기 상면부에서 상기 하면부로 갈수록 폭이 넓어지는 상협하광 형상으로 형성되되,
   상기 압축 모듈의 측면부의 윗변(a)의 길이와 아랫변(b)의 길이의 비율(a/b)은 0.45~0.55 인,
   열교 차단 단열재.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 상면부는 평면으로 형성되는 상면중앙부와 상면중앙부의 양단부에 각각 연결되면서 단부로 갈수록 점차 상향되는 상면라운드부로 형성되되,
   중심선으로부터 직선으로 뻗는 한쪽 길이의 2배(2L)와 단열재 내부에 삽입되는 압축 모듈의 길이(e)의 비율(2L/e)는 0.45~0.50 인,
   열교 차단 단열재.
   
6. 제 1항에 있어서,
   열교 차단 단열재 내에 삽입되지 않고 건물에 열교 차단 단열재가 설치된 이후 타설되는 콘크리트와 만나게 되는 부위의 길이(d)와 압축 모듈의 측면부의 아랫변(b)의 길이의 비율(d/b)은 0.40~0.45 인,
   열교 차단 단열재.

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