KR20130022062A - 축열모르타르와 그 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조와 시공방법 - Google Patents

축열모르타르와 그 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조와 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시멘트모르타르내에 드라이형태 또는 슬러리형태의 캡슐화된 상변화물질(MEPCM ; Micro Encapsulated Phase Change Materials)을 이용하여 바닥시공에 적용 가능한 축열모르타르를 제조하고, 제조된 축열모르타르를 이용하여 온돌 바닥을 시공한 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조에 관한 것이다.
본 발명은 바닥기초 층으로 시공되는 콘크리트 슬라브와, 상기 콘크리트 슬라브의 상부로 층간소음을 차단하기 위하여 적재된 층간소음재와, 층간소음재의 상부로 콘크리트를 타설하여 형성된 기포콘크리트층과, 기포콘크리트층의 상부로 배열 배관설치되는 난방배관과, 시멘트와 캡슐화된 상변화물질(MEPCM) 배합비가 1 : 0.049~0.490의 혼합비율(단, 최적배합비는 시멘트 : 캡슐화된 상변화물질(MEPCM) = 1 : 0.147 이다.)이고, 여기에 모래 및 기능성 혼화재(크랙방지재 등)를 첨가시켜 바닥용 축열모르타를 제조하고, 이러한 축열모르타르를 이용하여 상기 기포콘크리트층에 설치된 난방배관에 형성되는 축열모르타르층과, 축열모르타르층의 상부에 바닥 마감처리를 위하여 설치되는 바닥마감재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

축열모르타르와 그 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조와 시공방법{CONSTRUCTION STRUCTRUE AND METHOD OF FLOW HEATING SYSTEM USING THERMAL STORAGE MORTAR}
본 발명은 드라이(완전건조 상태) 또는 슬러리(물과 혼합된 상태) 형태의 캡슐화된 상변화물질(MEPCM ;Micro Encapsulated Phase Change Materials)을 이용하여 바닥시공에 적용 가능한 축열모르타르를 제조하고, 제조된 축열모르타르를 이용하여 온돌 바닥을 시공한 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조에 관한 것이다.
근래에는 녹색구매를 활성화 하기위한 그린카드의 도입, 탄소배출권 거래제 등 다양한 건축규제 및 에너지 소모량을 줄이기 위한 정책 들을 제안하면서 에너지 사용을 줄이기 위하여 다각도로 노력하고 있다.
특히 에너지성능이 높은 건축물의 건축을 확대하고, 건축물의 효과적인 에너지관리를 위하여 공동으로 건축물 에너지효율등급 인증제인 건축물의 에너지효율등급 인증제를 시행하고 있는 등, 건축물 자체의 에너지 효율적관리에 대하여 높은 관심이 이루어지고 있다.
이와 같이 대한민국의 경우 녹색건설 현황과 장애요소, 이를 해결하기 위한 해결책으로 녹색 도시 성장을 위한 정책의 하나로 에너지 관련 정책이 제시되고 있으며, 일본의 경우, 신규 가전제품과 설비에 대한 에너지 등급, 효율 표준화 설정을 의무화하고 에너지 절약법을 시행하고 있고, 중국도 이와 비슷하게 에너지 등급을 의무화하며 에너지 절약을 우선적으로 제안하고 있으며, 유럽연합(EU)의 경우 "Energy Passport"라 하여 건물의 에너지 품질 수준 및 효율 정보 제공을 의무화하고 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 건축물의 에너지효율적관리 측면에서 에너지 사용을 저감시킬 수 있도록 하는 건축물의 온돌 바닥 시공구조를 제안하고자 한 것이다.
종래 대한민국 등록특허 제 0844942호, 축열바닥재 및 그 제조방법에서는 우수한 잠열, 축열 성능 및 조절기능을 갖는 상변화물질(PCM; Phase Change Material)을 효율적으로 사용하여 에너지 절감효과를 얻을 수 있는 축열 바닥재에 대하여 기술하고 있다.
이러한 종래 등록특허 제 0844942호에서는 고분자수지와 상변화물질을 각각 30 내지 70 중량%로 혼합하여 복합체를 형성하여 시트형태로 제조하는 것을 주 기술적 특징으로 하고 있다.
그러나 이와 같은 종래기술에서는 단순히 종래의 상변화물질을 이용할 경우 발생될 수 있는 문제점해소에 그 목적을 둔 바닥재를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 드라이 및 슬러리형태의 캡슐화된 상변화물질(MEPCM:Micro Encapsulated Phase Change Material)을 혼합하여 축열모르타르를 제조하고, 그 축열모르타르를 이용하여 바닥을 마감할 수 있도록 하는 온돌 바닥 시공구조에 관한 것이다.
일반적으로 모르타르(MORTAR)는 시멘트와 모래만을 배합한 것을 의미하며, 시멘트모르타르라고도 한다. 모르타르는 사용할 때마다 물을 혼합하여 반죽하여 사용한다.
석회, 아스팔트, 합성수지 등의 혼합된 고착재의 종류에 따라서 석회모르타르, 아스팔트모르타르, 수지모르타르, 질석모르타르, 펄라이트모르타르 등이 있다.
시멘트모르타르는 벽 ㅇ바닥 ㅇ천장의 바탕 등의 마감재료로도 쓰이며, 비교적 값싼 재료로서, 강도 ㅇ내화성 ㅇ내수성 ㅇ내구성 등이 있을 뿐 아니라 시공도 간단하여 건축을 비롯한 건설공사 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.
본 발명에서는 상기와 같은 드라이 형태 또는 슬러리 형태의 캡슐화된 상변화물질(MEPCM;Micro Encapsulated Phase Change Material)을 혼합하여 바닥마감에 적합한 축열모르타르를 제조하고, 이 제조된 축열모르타르를 바닥마감 시공에 적용하여 단열과 온축열성이 우수한 온돌 바닥시공구조를 제공함으로써, 온돌바닥의 난방구동 및 정지 그리고 재가열의 난방적용에 있어서, 축열모르타르의 온축열 작용에 의하여 우수한 에너지 저감효과를 갖는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥 시공구조를 제공하고자 한 것이다.
본 발명 축열모르타르는 시멘트:상변화물질(MEPCM) 배합비가 1:0.049~0.490의 혼합비율(단, 최적배합비는 시멘트:상변화물질(MEPCM)=1:0.147 이다.)이고, 여기에 모래 및 기능성 혼화재를 첨가시켜 바닥용 축열모르타르를 제조하였으며, 상기 상변화물질(PCM)은 캡슐에 쌓인 미립자형태로 이루어지고, 20℃ 내지 50℃의 온도 변화 대역을 갖으며, 완전 건조된 드라이 형태 또는 슬러리 형태로 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조는 바닥기초 층으로 시공되는 콘크리트 슬라브와, 상기 콘크리트 슬라브의 상부로 층간소음을 차단하기 위하여 적재된 층간소음재와, 층간소음재의 상부로 콘크리트를 타설하여 형성된 기포콘크리트층과, 기포콘크리트층의 상부로 배열 배관설치되는 난방배관과, 난방배관의 상부로 형성된 상변화물질(PCM)이 혼합된 축열모르타르층과, 축열모르타르층의 상부에 바닥 마감처리를 위하여 설치되는 바닥마감재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 우수한 잠열, 축열성능 및 열조절기능을 갖는 상변화물질(PCM)을 직접 모르타르에 혼합하여 축열모르타르를 구성하고, 이를 온돌 바닥시공에 적용함으로써, 설정된 온도에 따라 바닥난방을 가동/재가동하게 됨에 있어서, 그 설정된 온도를 유지하기 위한 바닥난방의 가동시간을 최대한 단축시킬 수 있게 됨으로써, 에너지 저감 효과가 크다.
도 1은 본 발명 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공방법의 공정을 나타낸 플로우챠트.
본 발명 축열모르타르와 그 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조를 첨부된 도면 도 1에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구조 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조의 일 실시 예를 나타낸 도면이다.
축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 바닥기초 층으로 시공되는 콘크리트 슬라브(10)와, 상기 콘크리트 슬라브(10)의 상부로 층간소음을 차단하기 위하여 적재된 층간소음재(20)와, 층간소음재(20)의 상부로 콘크리트를 타설하여 형성된 기포콘크리트층(30)과, 기포콘크리트층(30)의 상부로 배열 배관설치되는 난방배관(40)과, 상변화물질(PCM)이 혼합된 축열모르타르로서 구성되며 기포콘크리트층(30) 상에 설치된 난방배관(40)의 상부로 형성되는 축열모르타르층(50)과, 축열모르타르층(50)의 상부에 바닥 마감처리를 위하여 설치되는 바닥마감재(60)를 포함하여 이루어진다.
이와 같은 본 발명은 상변화물질(PCM)이 혼합된 축열모르타르를 이용하여 온돌 바닥시공에 적용한 것으로,
상기 콘크리트 슬라브(10)는 일반적인 바닥시공에 있어서 바닥기초 층으로 바닥시공면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 형성된다.
상기 층간소음재(20)는 층간 소음을 흡음하기 위한 수단으로, 콘크리트 슬라브가 형성된 후 그 상부로 적재되며, 발포폴리스티렌( Expandable Poly Styrene), EPS+부직포, EPS+역청지, EPS+고무판 등, 발포고무(EVA;Ethylene Vinyl Acetate), 발포폴리프로필렌(Expandable Polypropylene), 발포 PE(Poly Ethylene Foam) 등 소재의 특성을 고려하여 선택적으로 구성할 수 있다.
상기 기포콘크리트층(30)은 콘크리트 슬라브(10)에 하중을 적게하면서 단열 및 바닥의 높이를 맞출 수 있도록 구성한 것으로, 단열성능 및 강도를 고려하여 기포의 양을 결정하여 타설하게 된다.
상기 난방배관(40)은 난방장치와 연결되는 온열수단으로 본 실시 예에서는 온수연결배관이며, 기포콘크리트층(30)의 상부표면 전면에 걸쳐 배열 설치된다.
상기 난방배관(40)은 플라스틱 파이프로 구성될 수 있다.
상기 축열모르타르층(50)은 시멘트:상변화물질(MEPCM) 배합비가 1:0.049~0.490의 혼합비율(단, 최적배합비는 시멘트:상변화물질(PCM)=1:0.147 이다.)이고, 여기에 모래, 기능성 혼화재(크랙방지재),물을 첨가시켜 만들어진 바닥용 축열 모르타르를 상기 기포콘크리트층(30)에 배관된 난방배관(40)의 그 상부로 타설하여 난방배관(40)을 덮도록 형성된다.
상기 상변화물질(MEPCM)은 일정한 온도이상에서 주변의 열을 저장할 수 있는 물질로 실내온도 변동을 최대한 억제하기 위한 수단으로 구성된 것으로, 파라핀왁스 또는 파라핀오일 계열 상변화물질이다.
상변화물질(MEPCM)은 상변화물질의 안전성 및 내구성을 고려하여 아크릴수지 또는 멜라민 수지로 이루어진 캡슐내에 구성되는 축열미립자 형태로 구성된다.
상기 상변화물질(MEPCM)은 20~50℃ 의 상변화 온도변화대역을 갖는다.
상기 바닥마감재는 축열모르타르층(50)의 상면에 시공하며 장판,마루(온돌,강화,원목 등),타일,우드타일,카펫,도기타일,대리석 등 다양하게 적용할 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조의 시공방법을 나타내면 도 2에 도시된 바와 같다.
바닥면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 콘크리트 슬라브(10)를 형성하는 콘크리트 슬라브 형성과정, 콘크리트 슬라브(10)의 양생완료 후, 층간소음재(20)를 20mm 내지 30mm 두께로 설치하는 층간소음재설치과정, 층간소음재(20)의 상부로 기포콘크리트를 40mm 내지 50mm 두께로 타설하고 양생시켜 기포콘크리트층(30)을 형성하는 기포콘크리트층형성과정과, 기포콘크리트층(30)의 양생과정이 완료되면 기포콘크리트층(30) 상면에 난방배관(40)을 배관설치하는 난방배관설치과정과, 시멘트:PCM(상변화물질)배합비가 1:0.049~0.490의 혼합비율(최적배합비 시멘트:PCM = 1:0.147)이고, 여기에 모래 및 기능성 혼화재를 첨가시켜 바닥용 축열모르타르로 제조된 축열모르타르 조성물에 물을 혼합하여 반죽된 축열모르타르를 제작하는 축열모르타르 제작과정과, 제작된 축열모르타르를 상기 기포콘크리트층(30)에 설치된 난방배관(40) 위로 40 내지 50mm 두께로 발라 축열모르타르층(50)을 형성하는 축열모르타르층 형성과정과, 축열모르타르층(50)이 완전히 양생된 후 바닥마감재(60)로 마감하는 바닥마감과정으로 이루어진다.
상기 축열모르타르 제작과정에 있어서, 상기 축열모르타르는 모르타르 제조공장에서 미리 계량하여 시멘트, 모래와 드라이 또는 슬러리 형태의 상변화물질(축열미립자)를 혼합하여 제조된 것을 이용하고, 축열모르타르를 물을 반죽하여 이용하도록 할 수 있다.
모르타르 제조공장에서는 축열모르타르에 물을 추가하여 습식축열모르타르를 제작후 현장 수송하여 모르타르 타설장비에서 믹싱되어 타설하는 방법 및 드라이 축열모르타르를 현장으로 수송하여 사일로(silo,계량 및 저장장치)로 저장하여 현장에서 모르타르 타설장비에서 물과 혼합 믹싱되어 타설되도록 하는 방법이 있다.
이와 같은 본 발명 온돌 바닥시공구조는 온돌 난방이 시작됨에 따라서 난방배관(40)에서 발생된 열에 의해 온돌 난방이 제공된다.
이때, 축열모르타르층(30) 내에 혼합된 온도변화대역 20 ~ 50℃ 대역을 갖는 상변화물질(MEPCM)은 난방배관(40)에서 발생된 열을 축열하고, 난방이 정지된 이후에 축열된 열을 발산하게 됨으로써, 설정된 온도에 따라서 난방이 가동/재가동을 반복하게 될 때 효율적인 에너지관리가 가능해진다.
다음의 표 1은 실험에 의해 구해진 부피 세제곱미터(M3), 제곱미터(M2)당 최적의 축열모르타르 조성비를 나타낸 도표이다.
구분 kg/m3 kg/m2(몰탈두께=40~50mm) 시멘트:MEPCM
배합비		 비고
MEPCM
투입량		 75 3 1 : 0.147 최적량
첫째, 드라이(dry)형태의 MEPCM을 이용하는 경우에는 시멘트:상변화물질(MEPCM)배합비가 1:0.049~0.490의 혼합비율(최적배합비 시멘트:MEPCM = 1:0.147)이고, 여기에 모래 및 기능성 혼화재를 첨가시켜 바닥용 축열모르타르를 제조하였으며, 상변화물질(MEPCM)은 M2당 1kg~10kg(최적배합은 3kg)이고,M3당 25kg~250kg(최적배합 75kg) 이다.
둘째, 슬러리(slurry) 형태는 드라이 형태와 배합은 동일하고 상변화물질(MEPCM) 캡슐화시 사용되는 물이 포함되어 있음에 따라서 축열모르타르 제작시 사용되는 물의 양을 조정(감소)한다.
슬러리 형태의 상변화물질(MEPCM)은 물이 혼합되어 있어 축열모르타르를 반죽할 때 이를 감안하여야 한다.
상기에서와 같이 상변화물질(MEPCM)을 시멘트, 모래와 혼합하여 축열모르타르를 구성하고 40 내지 50mm의 두께로 축열모르타르 층을 형성한다.
이에 따르면 바닥난방의 일정시간 가열정지 후, 기존의 일반 온돌에 비하여 일정한 온도이상 온돌 바닥의 온도를 유지할 수 있게 됨으로써, 설정된 온도에 따라 재가열시 까지의 시간을 보다 연장할 수 있어 에너지 저감효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 바닥기초 층으로 시공되는 콘크리트 슬라브와, 상기 콘크리트 슬라브의 상부로 층간소음을 차단하기 위하여 적재된 층간소음재와, 층간소음재의 상부로 콘크리트를 타설하여 형성된 기포콘크리트층과, 기포콘크리트층의 상부로 배열 배관설치되는 난방배관과, 난방배관의 상부로 형성된 캡슐화된 상변화물질(MEPCM; Micro Encapsulated Phase Change Materials)이 혼합된 축열모르타르층과, 축열모르타르층의 상부에 바닥 마감처리를 위하여 설치되는 바닥마감재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 축열모르타르층은 시멘트와 캡슐화된 상변화물질(MEPCM) 배합비가 1 : 0.049~0.490의 혼합비율로 혼합되고, 모래 및 기능성 혼화재(크랙방지재)가 첨가된 축열모르타르를 물을 반죽 또는 상기 축열모르타르에 물이 혼합된 습식 축열모르타르를 상기 기포콘크리트층에 배관된 난방배관의 그 상부로 타설하여 난방배관을 덮도록 형성된 것을 특징으로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 축열모르타르층에 축열모르타르는 캡슐화된 상변화물질투입량을 세제곱미터(M3)당 75kg, 제곱미터(M2)당 3kg을 최적조성비로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐화된 상변화물질은 20~50℃ 의 상변화 범위 온도를 갖는 파라핀왁스(paraffin wax) 및 파라핀오일 (paraffin oil)계열 상변화물질이이며 아크릴수지 또는 멜라민 수지로 이루어진 캡슐내에 구성되는 축열미립자 형태로 구성되며, 드라이(dry)형태 또는 슬러리(slurry)형태 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 층간소음재는 20mm 내지 30mm 두께로 설치되고, 상기 기포콘크리트층은 40mm 내지 50mm 두께로 타설되고, 상기 축열모르타르층은 40mm 내지 50mm의 두께로 구성되는 것을 특징으로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공구조.
  6. 바닥면에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 콘크리트 슬라브를 형성하는 콘크리트 슬라브 형성과정, 콘크리트 슬라브의 양생완료 후, 층간소음재를 20mm 내지 30mm 두께로 설치하는 층간소음재설치과정, 층간소음재의 상부로 기포콘크리트를 40mm 내지 50mm 두께로 타설하고 양생시켜 기포콘크리트층을 형성하는 기포콘크리트층형성과정과, 기포콘크리트층의 양생과정이 완료되면 기포콘크리트층 상면에 난방배관을 배관설치하는 난방배관설치과정과,시멘트와 캡슐화된 상변화물질 배합비가 1 : 0.049~0.490의 혼합비율로 혼합되며 모래 및 기능성 혼화재(크랙방지재)가 첨가된 축열모르타르를 물을 혼합하여 반죽 또는 상기 축열모르타르에 물이 혼합된 습식 축열모르타르를 상기 기포콘크리트층에 설치된 난방배관 위로 40 내지 50mm 두께로 타설하여 축열모르타르층을 형성하는 축열모르타르층 형성과정과, 축열모르타르층이 완전히 양생된 후 바닥마감재로 마감하는 바닥마감과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 캡슐화된 상변화물질은 20~50℃ 의 상변화 범위 온도를 갖는 파라핀왁스(paraffin wax) 및 파라핀오일 (paraffin oil)계열 상변화물질이이며, 아크릴수지 또는 멜라민 수지로 이루어진 캡슐내에 구성되는 축열미립자 형태로 구성되며, 드라이(dry)형태 또는 슬러리(slurry)형태 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 축열모르타르를 이용한 온돌 바닥시공방법.
  8. 시멘트와 캡슐화된 상변화물질 배합비가 1:0.049~0.490의 혼합비율이고, 모래 및 기능성 혼화재(크랙방지재)를 혼합하여 이루어지며, 상기상변화물질은 캡슐에 쌓인 미립자형태로 이루어지고, 20℃ 내지 50℃의 온도 변화 대역을 갖으며, 완전 건조된 드라이 형태 또는 슬러리 형태로 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 축열모르타르.

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