KR20160011996A

KR20160011996A - 상변화 물질을 이용한 바닥재

Info

Publication number: KR20160011996A
Application number: KR1020140093428A
Authority: KR
Inventors: 신기훈; 박철우
Original assignee: 주식회사 이즈원산업; 박철우; 신기훈
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-02-02

Abstract

본 발명은 상변화 물질을 활용한 바닥재를 온수난방을 하는 주거공간의 바닥재로 사용함으로써, 난방 열원(보일러)을 가동하지 않을 때는 난방 열원(보일러) 가동시 상변화 물질에 축열시켰던 열을 난방열로 이용하게 해서 난방시 가해준 열에너지를 최대한 장시간에 걸쳐 활용할 수 있도록 하여, 열적 손실이 높은 온수난방의 단점을 보완할 수 있는 상변화 물질을 이용한 바닥재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 바닥재는, 온수난방을 하는 주거공간의 바탕면에 깔리는 바닥재인데, 상기 바닥재는, 양 측면에는 길이방향을 따라 서로 대응하는 형상으로 각각 형성된 체결부를 구비하고, 내부에 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)이 충전된 파이프가 등간격으로 배치되어 목질부와 일체로 제작된 목질층; 바닥재의 상부에 위치하는 표면치장재; 상기 목질층과 표면치장재를 접착시키는 접착제층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

상변화 물질을 이용한 바닥재{A floor board having phase change material}

본 발명은 상변화 물질을 이용한 바닥재에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 온수난방을 하는 주거공간의 바닥재에 상변화 물질을 사용함으로써, 난방 열원(보일러)을 가동하지 않을 때는 상변화 물질에 저장됐던 열을 이용하여 난방을 유지할 수 있어서 난방시 가해준 열에너지를 최대한 장시간에 걸쳐 활용할 수 있고, 열적 손실이 높은 온수난방의 단점을 보완할 수 있는 상변화 물질을 이용한 바닥재에 관한 것이다.

현재 신축 한옥은 물론 아파트 등 공동주택의 주거공간에서 가장 보편적으로 적용되고 있는 실내난방 방식은 온수난방인데, 온수난방은 바닥에서부터 올라오는 열에너지가 대류에 의해 이동하여 실내공간 전체의 온도를 올려주고, 열원 제거 후에도 바닥에 축적된 열에너지가 온기 유지를 가능하도록 해준다. 이와 같은 온수난방은 2008년 ISO(국제표준화기구) 기술위원회에서 국제 표준안으로 최종 확정되어 전세계적으로 우수한 난방 방식으로 인정받고 있는 기술이다.

온수난방은 일반적으로 보일러를 가동시켜 가열된 물이 주거공간의 바닥에 깔린 파이프를 순환하면서 실내에 열을 공급하는 방식인데, 순환되는 물의 온도는 계절별로 차이는 있지만 약 50∼80℃ 정도로, 온수 온도가 주위의 온도보다 상당히 높기 때문에 열손실이 매우 많아질 수밖에 없다. 또한, 주거공간의 바닥에 시공된 자갈과 시멘트 및 바탕면은 열용량이 낮기 때문에 보일러 가동시 가해진 열을 효과적으로 흡수하여 오래 보관하고 있을 수가 없다.

이와 같은 온수난방 방식은 장시간에 걸쳐 바닥에 에너지를 직접적으로 공급해야 하기 때문에, 더군다나 고유가 시대에 과다한 에너지 비용이 사용자에게 상당한 부담으로 작용한다는 것이 가장 큰 단점으로 대두되고 있다. 한편, 주거공간의 바탕면에 깔리는 최종 마감재는 일반적으로 친환경성이 확보된 합판 및 강화마루인 치장목질바닥재가 많이 적용되고 있는데, 합판마루는 특별한 기능이나 품질변화가 없어도 고가이고, 강화마루는 비교적 낮은 단가이기는 하지만 일정 두께의 단열폼을 온수난방 바탕면에 설치하고 시공하기 때문에 단열폼이 바탕면으로부터 실내로 이동되는 열전달을 방해하는 역할을 하게 되어 난방에 필요한 열에너지 사용 효율을 감소시키는 원인이 되면서 추가적인 난방비 상승을 초래하고 있는 실정이다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 출현한 기술이 바닥재에 상변화 물질을 사용한 기술인데, 실용신안등록 제441004호 "상전이 물질을 포함하는 바닥재"는 원목이나 합판으로 된 기재층 상부에 비드화 또는 캡슐화 된 상전이(상변화) 물질을 포함하는 도료를 도포한 도포층을 형성한 것으로, 상변화 물질이 작은 알갱이로 구성되어 있을 뿐만 아니라 상변화 물질이 하도층과 중도층 및 상도층의 3층으로 된 도포층 중 상도층에만 함유되어 바닥재의 표면에 노출되는 구조이기 때문에 상변화 물질이 열에너지를 효율적으로 축열 및 발열하는 매체로서의 기능을 제대로 할 수 없다는 문제가 있다.

또한, 특허등록 제931005호 "상전이 물질을 이용한 건축용 난방패널"은 전열판을 중심에 두고 그 상부와 하부에 상변화 물질을 함침시킨 3차원 다공체를 각각 배치시키고, 3차원 다공체의 외측으로 마감판넬을 배치하여 구성하며, 전열판에 전원을 공급하여 3차원 다공체를 가열할 때 3차원 다공체에 함침된 상변화 물질에 열에너지가 축열되도록 한 기술이다.

하지만, 상기 특허는 첫째, 전열판에 전원을 공급하기 위해 인접하여 배치되는 패널 사이를 서로 전기적으로 접속시키야 하므로 구조가 복잡할 뿐만 아니라 시공이 어렵고 시공에 많은 시간이 소요된다는 문제가 있고,

둘째, 전열판의 상부와 하부에 각각 배치되는 3차원 다공체가 직물지, 다공질판, 허니컴 구조의 패널, 지지대 형태의 돌기판, 지지대 형태의 주름판 및 스펀지 등으로 되어 있고, 상변화 물질을 3차원 다공체에 함침시키는 구조이기 때문에 패널 자체의 구조도 복잡하여 제조단가가 올라갈 수밖에 없다는 문제가 있으며,

셋째, 상변화 물질은 물이나 수증기 및 산소와 접촉해서 수용액 상태로 변화되는 경우 축열량이 감소하게 되므로, 내부에 상변화 물질이 내장되는 마감패널은 물이나 수증기 및 산소가 유입되지 않도록 완전하게 밀폐시킬 수 있는 재질이어야 하므로, 제조단가가 높아질 수밖에 없다는 문제가 있고,

네째, 상기 난방패널은 전기를 통해 전열판을 가열하여 난방에너지로 사용하면서 열에너지를 상변화 물질에 축열시키므로, 주거용의 경우 누진세가 적용되는 전기요금 체계를 감안하면, 난방을 위하여 과다한 전기가 소요되므로 주거공간의 바닥재로는 사용하기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)을 활용한 바닥재를 온수난방을 하는 주거공간의 바닥재로 사용함으로써, 난방 열원(보일러)을 가동하지 않을 때는 난방 열원(보일러) 가동시 상변화 물질에 축열시켰던 열을 난방열로 이용하게 해서 난방시 가해준 열에너지를 최대한 장시간에 걸쳐 활용할 수 있도록 하여, 열적 손실이 높은 온수난방의 단점을 보완할 수 있는 상변화 물질을 이용한 바닥재를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위해 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 바닥재는, 온수난방을 하는 주거공간의 바탕면에 깔리는 바닥재인데, 상기 바닥재는, 양 측면에는 길이방향을 따라 서로 대응하는 형상으로 각각 형성된 체결부를 구비하고, 내부에 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)이 충전된 파이프가 등간격으로 배치되어 목질부와 일체로 제작된 목질층; 바닥재의 상부에 위치하는 표면치장재; 상기 목질층과 표면치장재를 접착시키는 접착제층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 파이프는 일(一)자 또는 U자 형상이며, 파이프는 개방된 양단(兩端)을 마개로 폐쇄시키거나, 일단(一端)은 폐쇄되게 제조하고 타단(他端)은 마개에 의해 폐쇄시키도록 구성된다.

바람직하게는, 상변화 물질(PCM)은 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 선택된 2종의 혼합물이며, 파이프의 내부 공간에 80∼85%를 충전시킨다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 바닥재는, 열을 가했을 때 축열했다가 열을 가하지 않을 때는 액상(液相)에서 고상(固相)으로 변하면서 그동안 축열됐던 열을 발열하는 상변화 물질을 활용한 것으로, 이와 같은 상변화 물질을 적용한 바닥재를 온수난방을 하는 주거공간의 바닥재로 사용한 것이기 때문에 난방 열원(보일러)을 가동하지 않을 때는 난방 열원(보일러)을 가동하는 동안 상변화 물질에 축열시켰던 열을 난방열로 재사용하게 되므로, 난방시 가해준 열에너지를 최대한 장시간에 걸쳐 활용할 수 있어서, 에너지 사용량 대비 열적 손실이 높은 온수난방의 단점을 보완할 수 있으므로, 주거공간의 난방에 소요되는 최소의 에너지 비용으로 최대의 난방효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 바닥재는, 상변화 물질(PCM)을 수용하는 파이프를 중밀도 섬유판(MDF; Medium Density Fibreboard) 또는 고밀도 섬유판(HDF; High Density Fibreboard) 제조시 일체로 제조한 목질층의 상부에 다양한 무늬와 질감의 표면치장재를 접착시킨 것이기 때문에 주거공간의 다양한 실내 분위기를 연출할 수 있다. 또, 바닥재의 측면에 서로 대응하여 결합되는 체결부를 갖는 구조로 제조한 것이기 때문에 바닥재를 시공할 때 서로 대응하는 체결부끼리 맞댄 후 눌러서 결합시키기만 하면 바닥재 시공이 끝나게 되므로 시공작업을 매우 편리하고 신속하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 바닥재의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 바닥재의 단면도이다.
도 3은 PCM 파이프의 여러 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 바닥재의 결합된 상태를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 상변화 물질을 이용한 바닥재의 가장 큰 기술적 특징은 온수난방을 하는 주거공간의 바닥재에 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)을 사용함으로써, 난방을 위한 보일러 가동을 하지 않을 때도 보일러 가동시 상변화 물질에 축적됐던 열에너지를 사용하여 장시간 난방을 유지할 수 있도록 하므로 열적 손실이 높은 온수난방의 단점을 극복함은 물론 최소의 난방에너지 비용으로 최대의 난방효과를 얻을 수 있도록 했다는 점이다.

본 발명의 바닥재(10)는 온수난방을 하는 주거공간의 바닥면에 깔리는데, 바닥재(10)의 단면(斷面)은 목질층(11)과 표면치장재(15) 및 이들을 접착시키기 위한 접착제층(14)으로 구성된다.

목질층(11)은 합판, 중밀도섬유판(MDF; Medium Density Fibreboard) 또는 고밀도 섬유판(HDF; High Density Fibreboard)으로 된 목질부 내부에 길이방향을 따라 등간격으로 파이프(12)가 배치되어 구성된다. 목질층(11)의 양 측면에는 길이방향을 따라 서로 대응하는 형상으로 각각 형성된 체결부(11a, 11b)가 구비되어 있어서, 바닥재(10)를 시공할 때 인접하여 배치되는 바닥재(10)의 체결부(11a, 11b)끼리를 맞대고 서로 결합시켜서 체결 고정시키므로 시공이 매우 간편하다. 체결부(11a, 11b) 형상은 서로 대응되도록 요철을 형성할 수도 있고, 서로 대응되어 결합될 수 있는 일정한 형상을 형성할 수도 있다.

목질층(11)의 내부에는 파이프(12)가 길이방향을 따라 등간격으로 배치되는데, 파이프(12) 내부에는 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)(13)이 충전되어 있다. 상변화 물질(13)은 온도에 따라 그 상태가 변하면서 물질의 상태가 변할 때 에너지를 흡수하거나 배출하는 물질을 말하는데, 상변화 물질(13)은 보일러가 가동되어 열에너지가 가해졌을 때는 액상(液相)으로 변했다가, 보일러 가동을 중단하여 바탕면의 온도가 일정 이하로 내려가면 고상(固相)으로 변하면서 부피가 커지기 때문에 파이프(12)의 내부 공간의 80∼85% 정도만 충전시킨다. 파이프(12)는 합성수지 또는 스테인레스스틸의 재질 중 어느 것을 사용해도 상관없다.

파이프(12)는 직선인 일(一)자 형상, 일측을 라운드 형상으로 구부려서 만든 U자 형상 또는 'ㄹ'자처럼 연속적으로 절곡시킨 형상 등 어떤 형상으로 해도 상관없으며, 파이프(12)는 양단(兩端)이 개방되게 제작하여 마개(12a)로 각각 폐쇄시킬 수도 있고, 일단(一端)을 폐쇄시켜 제작하고 타단(他端)은 마개(12a)에 의해 폐쇄시키도록 구성할 수도 있다. 마개(12a)는 고무재 패킹으로 할 수도 있고, 파이프(12)와 같은 재질로 제작하여 나사결합에 의해 결합시킬 수도 있다.

상변화 물질은 물이나 수증기와 접촉하여 수용액 상태로 변화되는 경우 축열온도에 변화가 일어나 결과적으로 축열량이 감소하게 되고, 산소와 상변화 물질이 접촉되면 산화작용을 통해 상변화 물질에 노화현상이 발생하여 급속하게 축열기능을 상실하게 되기 때문에 상변화 물질이 내장되는 파이프(12)는 완전하게 밀폐시켜야 한다.

상변화 물질(13)은 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드 및 폴리비닐알코올로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 선택된 2종의 혼합물로 이루어지는데, 이와 같은 물질은 물질에 따라 상변화(상전이)하는 온도가 다르고 이미 시중에서 판매되고 있는 물질이며, 상변화 물질 자체가 본 발명의 특징적인 조성물이 아니기 때문에 상변화 물질에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

표면치장재(15)는 목질층(11)과 접착제층(14)에 의해 접착되어 바닥재(10)의 상부에 위치하게 되는데, 표면치장재(15)로는 PVC(Poly Vinyl Chloride), HPL(high-pressure laminate) 또는 LPL(law-pressure laminate)을 사용하고, 두께는 보행안정성 등을 고려하여 0.6∼1.0㎜ 정도가 바람직하며, 표면을 라미네이팅 코팅 처리했기 때문에 내마모성·내구성·내오염성이 강하고 유지 관리가 편리한 것이 특징이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 명세서에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 바닥재
11 : 목질층 11a, 11b : 체결부
12 : 파이프 12a : 마개
13 : 상변화 물질(PCM)
14 : 접착제층
15 : 표면치장재

Claims

온수난방을 하는 주거공간의 바탕면에 깔리는 바닥재에 있어서,
상기 바닥재는,
양 측면에는 길이방향을 따라 서로 대응하는 형상으로 각각 형성된 체결부를 구비하고, 내부에 상변화 물질(PCM; Phase Change Material)이 충전된 파이프가 등간격으로 배치되어 목질부와 일체로 제작된 목질층;
바닥재의 상부에 위치하는 표면치장재;
상기 목질층과 표면치장재를 접착시키는 접착제층;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 바닥재.
제1항에 있어서,
상기 목질부는 합판, 중밀도섬유판(MDF; Medium Density Fibreboard) 또는 고밀도 섬유판(HDF; High Density Fibreboard) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 바닥재.
제1항에 있어서,
상기 파이프는 일(一)자 또는 U자 형상이며,
파이프는 양단(兩端)이 개방되게 제작하여 마개로 폐쇄시키거나, 일단(一端)이 폐쇄되고 타단(他端)은 마개에 의해 폐쇄시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 바닥재.
제1항에 있어서,
상기 상변화 물질은 파이프의 내부 공간에 80∼85%를 충전시키는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 바닥재.
제1항에 있어서,
상기 표면치장재는 PVC(Poly Vinyl Chloride), HPL(high-pressure laminate) 또는 LPL(law-pressure laminate) 중 어느 하나의 재질을 사용하는 것을 특징으로 하는 상변화 물질을 이용한 바닥재.