KR20180001546A - Heat storage properties enhanced sspcm concrete and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for preparing a concrete material applied with a shape-stabilized phase-change material (SSPCM) for enhanced heat storage performance. The method includes the steps of: generating an SSPCM based on a fatty acid by stabilizing a phase-change material (PCM) based on the fatty acid; generating a mixed cement material by mixing cement and water; mixing the SSPCM based on the fatty acid with the mixed cement material; and solidifying and curing the mixed cement material mixed with the SSPCM based on the fatty acid to prepare a construction concrete material. Accordingly, the heat storage concrete material can lower the peak temperature of a building and enable time-lag effects for maintaining the thermal inertia within a comfortable temperature range while using the PCM based on the fatty acid to be eco-friendly and cost-efficient.

Description

축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트 및 이의 제조 방법{HEAT STORAGE PROPERTIES ENHANCED SSPCM CONCRETE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a phase-

본 발명은 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 열적 성능을 보유한 건축자재 개발에 부응하는 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a phase-stable phase-change material-applied concrete having improved heat storage performance, and more particularly to a concrete with a phase-stable phase-change material having improved thermal storage performance in response to development of a building material having high thermal performance, And a manufacturing method thereof.

현재 전 세계는 인류활동으로 인한 에너지 고갈과 이산화탄소(CO2)를 주 원인으로 한 온실가스(GreenHouse Grass; GHG)에 따른 지구온난화 방지에 최우선의 노력을 기울이고 있다. 따라서, 에너지 저감 및 이산화탄소(CO2) 배출 저감 대책은 국가는 물론 국제적 차원에서 매우 중요한 과제이다. 이에 따라, 기후변화 협약과 더불어 에너지 절약을 통한 온실가스 감축은 세계적 추세로 자리매김하고 있으며, 건축물은 전체 온실가스 배출량의 35%를 차지하기 때문에 건축물에서의 에너지 절약은 전체 이산화탄소 감축에 지대한 영향을 미친다.At present, the world is making efforts to prevent global warming caused by greenhouse gas (GHG), which is caused by energy depletion caused by human activities and carbon dioxide (CO 2 ). Therefore, measures to reduce energy and reduce carbon dioxide (CO 2 ) emissions are very important issues at national and international level. Accordingly, along with the Convention on Climate Change, greenhouse gas reduction through energy conservation has become a global trend, and since buildings account for 35% of total greenhouse gas emissions, energy saving in buildings has a great influence on the reduction of total CO2. It goes crazy.

한편, 최근 국내에서는 주택문화 및 생활 환경의 변화에 따라, 실내 환경에 대한 쾌적성 향상에 대한 요구가 더욱 증가되고 있다. 따라서, 건물의 에너지 절약과 실내 환경의 쾌적성을 유지하는 융합기술 개발이 요구되는 시점이며, 이러한 기술은 크게 냉난방과 단열기술로 나뉠 수 있다. 한국의 주택은 전통적 좌식 구조로서, 온수순환 시스템을 통한 온돌바닥을 이용해 실내벽의 표면온도를 높여 재실자의 복사 발열량을 줄여 주는 난방방식이다.Meanwhile, in recent years, there has been a growing demand for comfort in the indoor environment in accordance with changes in the housing culture and the living environment in Korea. Therefore, it is time to develop convergence technology to conserve energy of the building and to maintain the comfort of the indoor environment. Such technology can be largely divided into cooling and heating and insulation technology. The Korean house is a traditional seating structure, which uses the floor heating system through the hot water circulation system to increase the surface temperature of the indoor wall, thereby reducing the radiative heat of the occupant.

복사난방의 쾌적감을 높이기 위해서는 실내의 난방열을 일정하게 공급하여 온돌바닥과 실내공기의 온도차를 낮게 해야 하며, 냉방의 경우도 그 반대로 실내의 일정한 공기온도를 제어하지 못할 경우 그 불쾌감은 크게 높아진다. 따라서, 난방기와 냉방기의 과다운전으로 인한 에너지 문제가 크게 우려되는 방식이라 할 수 있다.In order to increase the comfort of radiant heating, it is necessary to constantly supply the heating heat of the room to lower the temperature difference between the floor and the indoor air, and in the case of cooling, if the constant air temperature in the room can not be controlled, the discomfort greatly increases. Therefore, the energy problem due to excessive operation of the radiator and the cooler is a great concern.

이에, 최근 에너지 절감에 대한 관심이 증가하고 있으며, 에너지 소비의 큰 비중을 차지하는 건축분야에서 고열효율 건축자재를 개발하려는 움직임이 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 열에너지를 효과적으로 저장하는 물질 중 하나인 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 이용하는 잠열축열 방식의 에너지 저장 방식이 각광받고 있다. Recently, there is a growing interest in energy conservation, and there is an active movement to develop high thermal efficiency building materials in the building sector, which accounts for a large portion of energy consumption. Among them, a latent heat storage type energy storage method using a phase change material (PCM), which is one of materials that effectively store thermal energy, is attracting attention.

상변화 물질은 온도의 변화에 따라 상(Phase)이 변하는 물질로, 물질이 고체에서 액체, 혹은 액체에서 고체로 상이 변할 때 잠열의 형태로 열에너지를 축적하는 특성을 가지고 있다. 잠열은 물질의 상태변화에 따른 흡수 또는 방출하는 열을 말하며, 온도변화에 따른 현열에 비해 열에너지 저장 효율이 매우 뛰어난 것이 특징이다. A phase change material is a material whose phase changes according to a change in temperature, and has a property of accumulating thermal energy in the form of latent heat when the material changes from a solid to a liquid or from a liquid to a solid. Latent heat is the heat absorbing or releasing due to the change of the state of the material. It is characterized by a very high thermal energy storage efficiency compared with the sensible heat due to the temperature change.

이러한 상변화 물질이 지닌 높을 축열성능을 이용하여 축열재로서 건축물에 적용하려는 연구가 국내외적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나, 상변화 물질이 고체에서 액체나 액체에서 고체로 상이 변화하는 동안의 누출의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 상변화 물질은 그 자체로 건축물에 적용하기 어려우며 이를 방지하기 위한 상 안정화를 시켜야 한다.The research on the application of the phase change material as a heat storage material to buildings using the high heat storage performance has been progressing actively both domestically and abroad. However, since the phase change material may cause leakage during the phase change from solid to liquid or from liquid to solid, the phase change material itself is difficult to apply to the structure itself and must be phase stabilized to prevent it.

정수광, 장성진, 임재한, 김희선, 류성룡, 김수민, "축열 성능 향상 SSPCM 혼합 콘크리트 제조 및 열적특성 분석", 한국태양에너지학회 논문집, Journal of the Korean Solar Energy Society v.35 "Preparation and Thermal Characterization of SSPCM Mixed Concrete with Enhanced Heat Storage Performance", Journal of the Korean Solar Energy Society, Journal of the Korean Solar Energy Society v.35 민해원, "상안정 상변화물질(SSPCM) 혼입 콘크리트의 역학적 특성 및 최적배합설계에 관한 연구", 학위논문(석사), 이화여자대학교 대학원 Min Ha, "A Study on the Mechanical Properties and Optimum Mixture Design of SSPCM Mixed Concrete", Dissertation (MS), Graduate School of Ewha Womans University

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a phase-stable phase change material-applied concrete having improved heat storage performance.

본 발명의 다른 목적은 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a phase-stable phase change material-applied concrete having improved heat storage performance.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트는, 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성하는 단계; 시멘트와 물을 혼합하여 시멘트 혼합재를 생성하는 단계; 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 혼합재에 혼합하는 단계; 및 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 응결 및 경화시켜, 건축용 콘크리트를 형성하는 단계를 포함한다.In accordance with one embodiment of the present invention for achieving the object of the present invention, a phase-stable phase-change material-applied concrete having improved heat storage performance is prepared by phase stabilizing a phase change material (PCM) Creating a Shape-Stabilized Phase Change Material (SSPCM); Mixing cement and water to produce a cement admixture; Mixing the fatty acid phase stable phase change material with the cement admixture; And solidifying and curing the cement admixture mixed with the fatty acid-based phase change material to form a concrete for construction.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상변화 물질은, 코코넛유 및 팜유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fatty acid-based phase change material may comprise at least one of coconut oil and palm oil.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상변화 물질은, 옥수수유, 면실유, 땅콩유, 올리브유, 팜핵유, 유채유, 캐놀라유, 참깨유, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 아마인유, 홍화유, 자트로파유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fatty acid phase change material is selected from the group consisting of corn oil, cottonseed oil, peanut oil, olive oil, palm kernel oil, rapeseed oil, canola oil, sesame oil, soybean oil, sunflower oil, castor oil, linseed oil, And the like.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성하는 단계는, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 개질 탄소에 함침시키는 단계를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the step of phase-stabilizing the fatty acid phase change material (PCM) to generate a fatty acid-based phase change material (SSPCM) And impregnating the phase stable phase change material with the reforming carbon.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성하는 단계는, 진공 상태에서 상기 지방산계 상변화 물질을 박리 흑연 나노플레이트(exfoliated graphite nanoplate: xGnP)에 함침하는 단계; 함침되지 못한 상변화 물질을 유리섬유 재질의 여과지를 이용하여 필터링하는 단계; 및 상기 상변화 물질이 함침된 박리 흑연 나노플레이트를 진공 건조하는 단계를 포함할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the step of phase-stabilizing the fatty acid phase change material (PCM) to generate a fatty acid-based phase change material (SSPCM) Impregnating the exfoliated graphite nanoplate (xGnP) with the fatty acid phase-change material; Filtering the undoped phase change material using a filter paper made of glass fiber; And vacuum drying the peeled graphite nanoplate impregnated with the phase change material.

본 발명의 실시예에서, 상기 시멘트와 물을 혼합하여 시멘트 혼합재를 생성하는 단계는, 상기 물과 시멘트 비율은 30%일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the step of mixing the cement with water to produce the cement admixture may comprise a water to cement ratio of 30%.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 혼합재에 혼합하는 단계는, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 질량대비 10wt% 내지 30wt%의 비율로 혼합할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the step of mixing the fatty acid-based phase-change material with the cement admixture may include mixing the fatty acid-phase phase-change material at a ratio of 10 wt% to 30 wt% with respect to the cement mass .

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 콘크리트는, 상기 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.The concrete according to one embodiment of the present invention for realizing the above-mentioned object of the present invention can be manufactured by a method of manufacturing a phase-stable phase change material-applied concrete improved in heat storage performance.

상기한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트는, 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시킨 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM); 및 상기 지방산계 상안정 상변화 물질과 혼합되는, 시멘트와 물을 혼합한 시멘트 혼합재를 포함하고, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질은 박리 흑연 나노플레이트(exfoliated graphite nanoplate: xGnP) 물질을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a phase-stable phase change material-applied concrete having improved heat storage performance, comprising a phase-change material (phase change material; PCM) Shape-Stabilized Phase Change Material (SSPCM); And a cement admixture comprising cement and water mixed with the fatty acid phase stable phase change material, wherein the fatty acid phase stable phase change material comprises exfoliated graphite nanoplate (xGnP) material.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상변화 물질은, 코코넛유 및 팜유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fatty acid-based phase change material may comprise at least one of coconut oil and palm oil.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상변화 물질은, 옥수수유, 면실유, 땅콩유, 올리브유, 팜핵유, 유채유, 캐놀라유, 참깨유, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 아마인유, 홍화유, 자트로파유 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fatty acid phase change material is selected from the group consisting of corn oil, cottonseed oil, peanut oil, olive oil, palm kernel oil, rapeseed oil, canola oil, sesame oil, soybean oil, sunflower oil, castor oil, linseed oil, And the like.

본 발명의 실시예에서, 상기 물과 시멘트 비율은 30% 일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the water to cement ratio may be 30%.

본 발명의 실시예에서, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질은 상기 시멘트 질량대비 10wt% 내지 30wt%의 비율로 혼합될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the fatty acid phase stable phase change material may be mixed at a ratio of 10 wt% to 30 wt% with respect to the cement mass.

이와 같은 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트에 따르면, 기존 콘크리트에 비해 잠열 성능이 획기적으로 우수(약 4배)하며, 열전도율, 타임래그(Time lag) 효과 및 피크온도 저감 효과 역시 향상된다. 이에 따라, 국내와 같이 바닥복사 난방을 통하여 열원을 공급하는 경우, 바닥 및 천장을 형성하는 콘크리트 슬래브에 상변화 물질을 적용함으로써 건축물에서의 냉난방 비용 저감효과 및 실내 쾌적도를 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트는 지방산 계열 상변화 물질을 사용하여, 친환경적이며 파라핀 계열 상변화 물질에 비해 제조 단가도 낮출 수 있어 경제적이다.According to the concrete with the phase-stable phase-change material having improved heat storage performance, the latent heat performance is remarkably improved (about 4 times) compared with the conventional concrete, and the thermal conductivity, time lag effect and peak temperature reduction effect are also improved . Accordingly, when a heat source is supplied through floor radiant heating as in the case of the present invention, a phase change material is applied to a concrete slab forming a floor and a ceiling, thereby reducing cooling and heating costs and building comfort in a building. Also, the concrete using the phase-stable phase change material according to the present invention is eco-friendly by using the fatty acid phase-change material and is economical because it can lower the manufacturing cost compared to the paraffinic phase-change material.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 코코넛유 및 팜유의 특성을 보여주는 표이다.
도 3은 xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM의 SEM 영상이다.
도 4는 xGnP에 함침된 팜유 SSPCM의 SEM 영상이다.
도 5는 FT-IR 스펙트라와 결합 파동수 범위를 보여주는 표이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 SSPCM의 FT-IR 스펙트라를 보여주는 그래프이다.
도 7은 xGnP에 함침된 코코넛유의 열전도율을 보여주는 그래프이다.
도 8은 xGnP에 함침된 팜유의 열전도율을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따라 제조된 SSPCM과 코코넛유, 팜유의 열전도율과 증가율을 보여주는 표이다.
도 10은 xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM의 열적 특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 xGnP에 함침된 팜유 SSPCM의 열적 특성을 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따라 제조된 SSPCM과 코코넛유, 팜유의 융해 시 열적 특성을 보여주는 표이다.
도 13은 본 발명에 따라 제조된 SSPCM과 코코넛유, 팜유의 냉각 시 열적 특성을 보여주는 표이다.
도 14는 xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM의 열적 안정성을 보여주는 그래프이다.
도 15는 코코넛유의 열적 안정성을 보여주는 그래프이다.
도 16은 xGnP에 함침된 팜유 SSPCM의 열적 안정성을 보여주는 그래프이다.
도 17은 팜유의 열적 안정성을 보여주는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 측정에 사용된 축열 콘크리트 공시체의 사진이다.
도 19는 본 발명에 따라 제조된 축열 콘크리트의 엔탈피 결과 분석을 보여주는 그래프이다.
1 is a flowchart of a method for manufacturing a phase-stable phase change material-applied concrete having improved heat storage performance according to an embodiment of the present invention.
2 is a table showing the characteristics of coconut oil and palm oil.
3 is a SEM image of coconut oil SSPCM impregnated with xGnP.
4 is a SEM image of palm oil SSPCM impregnated with xGnP.
5 is a table showing the FT-IR spectra and the range of coupling waves.
6 is a graph showing FT-IR spectra of SSPCM prepared according to the present invention.
7 is a graph showing the thermal conductivity of coconut oil impregnated with xGnP.
8 is a graph showing the thermal conductivity of palm oil impregnated with xGnP.
9 is a table showing the thermal conductivity and the increasing rate of SSPCM, coconut oil and palm oil produced according to the present invention.
10 is a graph showing the thermal characteristics of coconut oil SSPCM impregnated with xGnP.
11 is a graph showing the thermal properties of palm oil SSPCM impregnated in xGnP.
FIG. 12 is a table showing the thermal characteristics of SSPCM, coconut oil and palm oil produced according to the present invention when fused.
FIG. 13 is a table showing the thermal characteristics of SSPCM, coconut oil and palm oil produced according to the present invention during cooling.
14 is a graph showing the thermal stability of coconut oil SSPCM impregnated with xGnP.
15 is a graph showing the thermal stability of coconut oil.
16 is a graph showing the thermal stability of palm oil SSPCM impregnated with xGnP.
17 is a graph showing the thermal stability of palm oil.
18 is a photograph of a thermal storage concrete specimen used in the measurement of the present invention.
19 is a graph showing an analysis of enthalpy results of the heat storage concrete produced according to the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법의 흐름도이다.1 is a flowchart of a method for manufacturing a phase-stable phase change material-applied concrete having improved heat storage performance according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 건축분야에서 가장 널리 쓰이고 있는 바닥 및 천장을 형성하는 콘크리트 슬래브에 친환경적이고, 가격이 저렴한 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 적용함으로써, 축열 성능이 높이 건축자재를 제공하고자 한다. The present invention provides an environmentally friendly, low-cost fatty acid phase change material (PCM) to a floor slab and a ceiling concrete slab, which are most widely used in the field of construction, do.

도 1을 참조하면, 본 발명의 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트는, 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성한다(단계 S10).1, the phase-stable phase-change material-containing concrete of the present invention has improved heat storage performance, and has a phase-stabilized phase change material (PCM) Change Material (SSPCM) (Step S10).

상변화 물질은 온도의 변화에 따라 상(Phase)이 변하는 물질로, 물질이 고체에서 액체, 혹은 액체에서 고체로 상이 변할 때 잠열의 형태로 열에너지를 축적하는 특성을 가지고 있다. 잠열은 물질의 상태변화에 따른 흡수 또는 방출하는 열을 말하며, 온도변화에 따른 현열에 비해 열에너지 저장 효율이 매우 뛰어난 것이 특징이다.A phase change material is a material whose phase changes according to a change in temperature, and has a property of accumulating thermal energy in the form of latent heat when the material changes from a solid to a liquid or from a liquid to a solid. Latent heat is the heat absorbing or releasing due to the change of the state of the material. It is characterized by a very high thermal energy storage efficiency compared with the sensible heat due to the temperature change.

이러한 상변화 물질이 지닌 높은 축열성능을 이용하여 축열재로서 건축물에 적용하려는 연구가 국내외적으로 활발히 진행되고 있다. 그러나, 상변화 물질이 고체에서 액체나 액체에서 고체로 상이 변화하는 동안의 누출의 문제가 발생할 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위한 상 안정화 기법에 대한 연구가 주를 이루고 있다. 즉, 상변화 물질을 건축물에 적용하기 위해서는 상 안정화 과정이 필수적이다.A study on the application of the phase change material as a heat storage material to a building utilizing the high heat storage performance possessed by the phase change material is being actively carried out domestically. However, since the phase change material may leak during the phase transition from solid to liquid or from liquid to solid, there is a focus on phase stabilization techniques to prevent this. In other words, phase stabilization is essential to apply phase change materials to buildings.

상변화 물질을 건축물에 적용하기 위해서는 상변화 물질의 성질과 분류에 따른 특성을 잘 알아야 한다. 상변화 물질은 기본적으로 열을 축적하거나 방출하는 방식으로 건축물 내의 냉난방 부하를 감소시키면서 그 고유의 역할을 수행할 수 있어서 상변화 물질의 열역학적인 성질은 건축물 적용에 있어 매우 중요하다. 같은 상변화 물질이라도 잠열의 성능이 우수한 것의 효율이 높다. In order to apply a phase change material to a building, it is necessary to know the characteristics of the phase change material according to the properties and classification. The phase change material is basically capable of accumulating or releasing heat to reduce the heating and cooling load in the building and perform its own role, so that the thermodynamic properties of the phase change material are very important in the application of the structure. Even with the same phase change material, the efficiency of latent heat is better.

각 각의 상변화 물질은 종류마다 서로 다른 용융점과 응고점을 가지고 있다. 따라서, 재실자가 느끼는 쾌적한 온도범위에서 상변화를 일으키는 상변화 물질을 적용하면 에너지 측면에서 큰 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 아직 가격이 고가라는 단점이 있다. 지방산 계열의 상변화 물질은 유기 상변화 물질에 속하며, 가격이 비교적 저렴하게 형성되어 있다. Each phase-change material has different melting and freezing points for each type. Therefore, applying a phase change material that causes a phase change in a pleasant temperature range experienced by the occupant, a great effect can be obtained in terms of energy. However, there is a disadvantage that the price is still expensive. Fatty acid-based phase change materials belong to organic phase change materials, and their prices are relatively inexpensive.

일 실시예로, 상기 지방산계 상변화 물질은, 코코넛유 및 팜유 중 적어도 하나일 수 있다. 상온에서의 코코넛유와 팜유의 물성을 도 2에 나타내었다.In one embodiment, the fatty acid-based phase change material may be at least one of coconut oil and palm oil. The physical properties of coconut oil and palm oil at room temperature are shown in Fig.

또한, 상기 지방산계 상변화 물질은, 옥수수유, 면실유, 땅콩유, 올리브유, 팜핵유, 유채유, 캐놀라유, 참깨유, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 아마인유, 홍화유, 자트로파유 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 지방산계 상변화 물질을 필요에 따라 선택할 수 있다.The fatty acid phase change material may be at least one of corn oil, cottonseed oil, peanut oil, olive oil, palm kernel oil, rapeseed oil, canola oil, sesame oil, soybean oil, sunflower oil, castor oil, linseed oil, safflower oil, But are not limited to, fatty acid phase change materials may be selected as needed.

상기 지방산계 상변화 물질은 개질 탄소에 함침시키는 진공 함침법으로 상안정시킬 수 있다. 예를 들어, 지방산계 상안정 상변화 물질을 박리 흑연 나노플레이트(exfoliated graphite nanoplate: xGnP)에 함침시켜, 박리 흑연 나노플레이트(exfoliated graphite nanoplate: xGnP) 물질을 포함할 수 있다.The fatty acid-based phase change material can be phase stabilized by a vacuum impregnation method in which the modified carbon is impregnated. For example, the fatty acid phase stable phase change material may be impregnated with exfoliated graphite nanoplate (xGnP) to include exfoliated graphite nanoplate (xGnP) material.

구체적으로, 먼저 상안정된 상변화 물질을 제조하기 위해, 먼저 상변화 물질을 xGnP에 함침시킬 수 있다. 이때, 상변화 물질을 xGnP에 함침시키는 것은, xGnP가 액상 상변화 물질에 푹 잠기도록 할 수 있다. 한편, 함침은 xGnP 상변화 물질의 충분한 함침을 위해서 약 20~40분간 수행하는 것이 바람직하다.Specifically, in order to prepare the phase-stable phase-change material first, the phase change material may first be impregnated with xGnP. At this time, the impregnation of the phase change material with xGnP can allow xGnP to be immersed in the liquid phase change material. Meanwhile, the impregnation is preferably performed for about 20 to 40 minutes in order to sufficiently impregnate the xGnP phase change material.

상변화 물질을 xGnP에 함침시킨 후, 함침되지 못한 상변화 물질을 필터링할 수 있다. 이때, 탄소나노재료 및 나노 크기의 xGnP와 함침되지 못한 상변화 물질을 걸러내기 위하여 유리 섬유 재질의 여과지를 이용하여 필터링할 수 있다. 상기 여과지의 여과 크기는 0.1~2㎛인 것이 바람직하다. After impregnating the phase change material with xGnP, the undoped phase change material can be filtered. At this time, it is possible to filter using a filter paper made of glass fiber to filter the nano-sized material and the nano-sized xGnP and the phase change material not impregnated. The filtration size of the filter paper is preferably 0.1 to 2 탆.

상기 여과지는 2 내지 4장 겹쳐서 사용하는 것이 바람직하다. 이는, 한 장의 여과지만 사용하는 경우에 비해 필터링 과정에서 나노입자가 빠져나가는 것이나 여과지가 찢어지는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 한편, 여과지를 여러 겹 사용할 경우 각각의 여과지는 다른 여과 크기를 가질 수 있다. 상기 필터링 단계를 부가함으로써 함침되지 못한 상변화 물질을 여과지에 모을 수 있어, 함침되지 못한 상변화 물질을 재활용할 수 있는 효과가 있다.It is preferable to use two to four sheets of the filter paper in a stacked manner. This is because the nanoparticles can be prevented from escaping from the filtering process and the filter paper can be prevented from being torn when compared with the case where only one filter paper is used. On the other hand, when using multiple layers of filter paper, each filter paper can have different filtration sizes. By adding the filtering step, the phase change material that has not been impregnated can be collected in the filter paper, and the phase change material that has not been impregnated can be recycled.

필터링 과정을 수행한 후, 상변화 물질이 함침된 xGnP를 진공건조할 수 있다. 이때, 진공 건조는 약 60~100℃의 온도에서 약 20~80시간동안 수행하는 것이 바람직하다. 약 20시간 이상의 건조를 통해 상변화 물질의 기름진 성질을 제거할 수 있으며, 건조를 진공 상태에서 수행함으로써 상변화 물질의 증발을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.After the filtering process, the xGnP impregnated with the phase change material can be vacuum dried. In this case, the vacuum drying is preferably performed at a temperature of about 60 to 100 ° C. for about 20 to 80 hours. The oily properties of the phase change material can be removed through drying for about 20 hours or more, and the effect of preventing evaporation of the phase change material can be obtained by performing drying in a vacuum state.

진공함침법으로 제조된 지방산 계열 상변화 물질의 형태를 분석하기 위하여 SEM 측정을 실시하였다. 도 3과 도 4는 코코넛유와 팜유가 함침되고 난 후, xGnP의 SEM 이미지를 보여준다. 도 3 및 도 4를 참조하면, xGnP의 입자들 사이에 코코넛유와 팜유가 고르게 분산되어 있음을 확인할 수 있다. SEM measurement was performed to analyze the morphology of fatty acid phase change materials prepared by vacuum impregnation method. Figures 3 and 4 show SEM images of xGnP after coconut oil and palm oil are impregnated. Referring to FIGS. 3 and 4, it can be seen that coconut oil and palm oil are evenly dispersed among the particles of xGnP.

또한, 지방산 계열 상변화 물질과 탄소 나노 재료의 상호작용을 알아보기 위해서 지방산 계열 상변화 물질의 구조 간 화학적 결합을 FT-IR분석을 통해서 알아보았다. 순수한 코코넛유와 팜유의 대표적인 피크점은 2920, 2851cm-1 에서 나타나며, 도 5와 같이 이는 각각 에스테르의 -CH₃, -CH₂기를 나타낸다. 또한, 1740, 1149-1157cm-1 범위의 파동수는 각각 C=O, C-O기를 나타낸다. In order to investigate the interactions between fatty acid-based phase-change materials and carbon nanomaterials, we investigated the intermolecular chemical bonding of fatty acid-based phase-change materials through FT-IR analysis. Representative peak points of pure coconut oil and palm oil are shown at 2920 and 2851 cm -1 , and as shown in FIG. 5, they represent -CH 3 and -CH 2 groups of the ester, respectively. In addition, the number of waves in the range of 1740 and 1149-1157 cm -1 represents the C = O, CO group, respectively.

도 6을 참조하면, xGnP에 코코넛유와 팜유를 함침시킨 SSPCM의 피크와 코코넛유와 팜유의 피크가 동일함을 알 수 있다. 이는 코코넛유, 팜유와 탄소 나노 재료 간 화학적 결합이 일어나지 않고, 물리적 결합만이 이루어졌음을 나타낸다. 따라서, 두 물질은 혼합 후에도 고유의 물성이 변함없이 안정된 상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있다.6, the peaks of SSPCM and coconut oil impregnated with coconut oil and palm oil in xGnP are identical to those of palm oil. This indicates that no chemical bonding between coconut oil, palm oil, and carbon nanomaterial occurs, but only physical bonding. Therefore, it can be confirmed that the two materials maintain a stable state without changing their inherent physical properties even after mixing.

또한, 열전도율이 낮은 문제점을 극복하기 위하여 열전도율이 높은 다공성 탄소나노재료인 xGnP에 코코넛유와 팜유를 함침시킨 후, TCi를 이용하여 xGnP에 함침된 코코넛유, 팜유 SSPCM의 열전도율을 측정하였다. 코코넛유와 팜유의 녹는점이 상온보다 낮은 관계로 측정 시 온도를 9℃로 설정하여 측정하였다. In order to overcome the problem of low thermal conductivity, the thermal conductivity of coconut oil and palm oil SSPCM impregnated with xGnP was measured using TCi after impregnating xGnP, which is a porous carbon nanomaterial with high thermal conductivity, with coconut oil and palm oil. The melting point of coconut oil and palm oil was lower than room temperature and the temperature was measured at 9 ℃.

xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM의 열전도율은 약 1.3303W/m·K으로 순수한 코코넛유의 열전도율인 0.3210W/m·K보다 약 414% 상승하였다. xGnP에 함침된 팜유 SSPCM의 열전도율은 약 1.2638W/m·K으로 순수한 팜유의 열전도율인 0.2891 W/m·K보다 약 437%의 상승률을 보였다. 두 SSPCM 모두 400%이상의 증가율을 보였으며 낮은 열전도율이 고열전도율 탄소나노재료인 xGnP에 함침되어 4배가량 증가되었음을 도 7과 도 8을 통해 확인할 수 있다. 제조된 SSPCM과 코코넛유, 팜유의 열전도율과 증가율을 도 9에 나타내었다.The thermal conductivity of coconut oil SSPCM impregnated with xGnP was about 1.3303 W / mK, which was about 414% higher than the thermal conductivity of pure coconut oil of 0.3210 W / mK. The thermal conductivity of palm oil SSPCM impregnated in xGnP was about 1.2638 W / m · K, which was about 437% higher than that of pure palm oil, 0.2891 W / m · K. Both SSPCM showed an increase rate of more than 400%, and the low thermal conductivity was increased by 4 times by impregnating xGnP, which is a high thermal conductivity carbon nano material, as shown in FIG. 7 and FIG. The thermal conductivity and the rate of increase of SSPCM, coconut oil and palm oil produced are shown in Fig.

한편, DSC 분석을 통해 코코넛유와 팜유, xGnP에 함침된 코코넛유, 팜유의 녹는점, 냉각점, 잠열량 등의 열 성능을 평가할 수 있다. 도 10을 참조하면, 순수한 코코넛유는 냉각 시 7.34℃에서 상변화 피크를 가지며 승온 시 23.14℃에서 피크를 나타냄을 알 수 있다. xGnP에 함침된 코코넛유의 히트 플로루(Heat flow)는 냉각 시 10.84℃, 승온 시 22.67℃의 피크를 나타내었으며, 약간의 오차를 제외하고는 순수한 코코넛유의 흐름과 유사한 경향성을 보였다. 또한, 녹는점과 냉각점의 차이가 비슷하게 유지되었으므로 과냉각 현상에 대한 우려가 발생하지 않았다. On the other hand, DSC analysis can be used to evaluate the thermal performance of coconut oil and palm oil, coconut oil impregnated in xGnP, palm oil melting point, cooling point and latent heat. Referring to FIG. 10, it can be seen that pure coconut oil has a phase change peak at 7.34 ° C. upon cooling and a peak at 23.14 ° C. at temperature rise. The heat flow of coconut oil impregnated with xGnP exhibited a peak at 10.84 ° C during cooling and 22.67 ° C at elevated temperature and showed a trend similar to that of pure coconut oil except for a slight error. In addition, since the difference between the melting point and the cooling point was maintained to be similar, there was no concern about the supercooling phenomenon.

도 11을 참조하면, 순수한 팜유는 냉각 시 7.89℃와 1.60℃에서 상변화 피크를 가지며 승온 시 8.60℃와 0.02℃에서 피크를 나타냄을 알 수 있다. xGnP에 함침된 팜유의 히트 플로루는 냉각 시 5.52℃와 -1.08℃, 승온 시 6.82℃와 -1.83℃의 피크를 나타내었으며, 코코넛유와 마찬가지로 유사한 경향성을 보였다. Referring to FIG. 11, pure palm oil had a phase change peak at 7.89 ° C and 1.60 ° C during cooling and a peak at 8.60 ° C and 0.02 ° C at the time of temperature rise. The heat flux of palm oil impregnated with xGnP exhibited a peak at 5.52 ℃ and -1.08 ℃ during cooling and a peak at 6.82 ℃ and -1.83 ℃ during heating. Similar trends were observed with coconut oil.

냉각점과 녹는점 그리고 히트 플로루(Heat flow)의 피크값을 적분하여 계산한 잠열량과 잠열량 변화율을 도 12와 도 13에 나타내었다. xGnP에 함침된 코코넛유의 냉각점은 14.95℃이며 녹는점은 26.93℃로, 순수한 코코넛유의 냉각점 14.76℃와 녹는점 26.78℃가 거의 동일하게 나타났다. The amount of latent heat and the rate of change of latent heat, which are calculated by integrating the peak value of the cooling point and the melting point and the heat flow, are shown in FIGS. 12 and 13. The cooling point of coconut oil impregnated with xGnP was 14.95 ° C and the melting point was 26.93 ° C. The cooling point of pure coconut oil was 14.76 ° C and the melting point was almost the same at 26.78 ° C.

xGnP에 함침된 팜유 역시 마찬가지로 냉각점은 9.20℃이며 녹는점은 18.33℃로, 순수한 팜유의 냉각점 8.55℃와 녹는점 17.26℃가 거의 동일한 경향성을 보였다. 이는 코코넛유와 xGnP 사이에 화학적 반응이 일어나지 않았기 때문에 본래의 열 성능이 유지되었기 때문으로 판단된다.The palm oil impregnated with xGnP also had a similar cooling point of 9.20 ° C and a melting point of 18.33 ° C. The cooling palette of 8.55 ° C and 17.26 ° C of pure palm oil showed almost the same tendency. This is because the original thermal performance was maintained because no chemical reaction occurred between coconut oil and xGnP.

xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM의 냉각 시 잠열량은 77.64J/g, 융해 시 잠열량은 82.34J/g이며, 순수한 코코넛유의 비교하였을 때 냉각 시 잠열량은 105.0J/g, 융해 시 잠열량은 110.4J/g으로 약 25%의 잠열량 감소율을 보였다. xGnP에 함침된 팜유 SSPCM 역시 마찬가지로 냉각 시 잠열량은 33.58J/g, 융해 시 잠열량은 77.18J/g이며, 순수한 팜유의 경우 냉각 시 잠열량은 53.75J/g, 융해 시 잠열량은 127.3J/g으로 약 38%의 잠열량 감소율을 보였다. 이는 xGnP의 3차원 그물 구조가 PCM의 열 흐름을 방해하여 PCM의 잠열량 감소를 일으킨다고 분석된다.The cooling capacity of coconut oil SSPCM impregnated with xGnP was 77.64 J / g at cooling and 82.34 J / g at fusion, and when the pure coconut oil was compared, the latent heat of cooling was 105.0 J / g, 110.4J / g, which is about 25%. In the case of palm oil SSPCM impregnated with xGnP, the latent heat of cooling was 33.58 J / g and the latent heat of fusion was 77.18 J / g. In case of pure palm oil, the latent heat of cooling was 53.75 J / g, / g, which showed a decrease rate of about 38%. It is analyzed that the 3D net structure of xGnP interferes with the heat flow of PCM, which causes the decrease of latent heat of PCM.

지방산 계열 상변화 물질의 열적 안정성은 TGA 분석을 통해 평가할 수 있으며, 분석 결과로 xGnP에 함침된 코코넛유, 팜유 SSPCM을 상온 20℃에서 600℃까지 상승시킴에 따라 열분해 된 판단할 수 있다. The thermal stability of the fatty acid phase change material can be evaluated by TGA analysis. As a result of the analysis, the coconut oil and palm oil SSPCM impregnated in xGnP can be judged as pyrolyzed by raising the temperature from 20 ° C to 600 ° C.

도 14는 xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM의 TGA 곡선을 나타낸다. 약 245℃에서 열분해를 시작하였으며 약 420℃ 초과 시 혼합물에서 xGnP에 함침된 코코넛유 SSPCM만 남아있음을 알 수 있다. xGnP는 거의 순수한 탄소 나노 재료로 본 연구에서 수행한 TGA 온도 범위 대에서는 열분해 되지 않기 때문에, 열분해 된 물질은 코코넛유이며, 질량대비 xGnP에 함침된 코코넛유는 76.07%이다. 도 15의 순수한 코코넛유의 열적 안정성 분석 결과와 비교해 보았을 때 유사한 경향성을 보이는 것을 확인할 수 있다.14 shows the TGA curve of coconut oil SSPCM impregnated with xGnP. Pyrolysis started at about 245 ° C., and when the temperature was higher than about 420 ° C., only the coconut oil SSPCM impregnated with xGnP remained in the mixture. Since xGnP is almost pure carbon nano material and is not pyrolyzed in the TGA temperature range performed in this study, pyrolyzed material is coconut oil, and coconut oil impregnated in xGnP is 76.07%. It can be seen that similar tendency is shown when compared with the analysis result of the thermal stability of the pure coconut oil of FIG.

도 16은 xGnP에 함침된 팜유 SSPCM의 TGA 곡선을 나타낸다. 약 260℃에서 열분해를 시작하였으며 약 480℃ 초과 시 혼합물에서 xGnP에 함침된 팜유 SSPCM만 남아있음을 알 수 있다. xGnP는 TGA 분석을 수행한 온도범위에서 열분해 되지 않기 때문에, 열분해 된 물질은 팜유인 것으로 판단되며, 질량대비 xGnP에 함침된 팜유는 80.07%이다. 도 17의 순수한 팜유의 열적 안정성 분석 결과와 비교해 보았을 때 유사한 경향성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 16 shows the TGA curve of palm oil SSPCM impregnated with xGnP. Pyrolysis started at about 260 ° C. When the temperature exceeds about 480 ° C, only palm oil SSPCM impregnated with xGnP remained in the mixture. Since xGnP is not pyrolyzed in the temperature range in which TGA analysis was performed, the pyrolyzed material is considered to be palm oil, and the palm oil impregnated with xGnP is 80.07%. It can be seen that the thermal stability analysis results of the pure palm oil of FIG. 17 show a similar tendency.

결과적으로, xGnP에 함침된 코코넛유, 팜유 SSPCM은 100℃ 이하의 온도범위에서 질량변화를 일으키지 않으므로, 건축물에 적용할 시 열적 안정성을 가진다고 판단된다.As a result, the coconut oil and palm oil SSPCM impregnated in xGnP do not cause mass change in the temperature range of 100 ° C or less, and therefore, they are considered to have thermal stability when applied to buildings.

단계 S10에서 지방산계 상안정 상변화 물질을 생성하는 한편, 시멘트와 물을 혼합하여 시멘트 혼합재를 생성한다(단계 S30).In step S10, a fatty acid-based phase change material is produced, and cement and water are mixed to produce a cement admixture (step S30).

그러나, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 생성하는 단계(단계 S10)가 상기 시멘트 혼합재를 생성하는 단계(단계 S30)보다 먼저 수행되거나 동시에 수행될 수 있다.However, the step of generating the fatty acid-based phase change material (step S10) may be performed before or simultaneously with the step of generating the cement admixture (step S30).

*시멘트와 물 혼합시, 시멘트와 및 물의 혼합비를 1:0.3 ~ 1:1 로 선택할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 물을 시멘트의 30% 비율로 혼합할 수 있다. * When mixing cement and water, mixing ratio of cement and water can be selected from 1: 0.3 ~ 1: 1. According to one embodiment of the present invention, the water may be mixed at a ratio of 30% of the cement.

시멘트와 물을 혼합한 후, 시멘트 혼합재를 일정 시간동안 경화시킬 수 있다. 이때, 시멘트 혼합재를 일정 시간동안 경화시키는 것은 시멘트 혼합재의 점도를 높이기 위함으로, 시멘트 혼합재가 고체가 될 때까지 경화시키는 것이 아닌 일정치 이상의 점도를 가질 때까지 경화시키는 것을 의미할 수 있다. 시멘트에 따라 일정치 이상의 점도를 가질 때까지 걸리는 시간이 다를 수 있다. After mixing cement and water, the cement admixture can be cured for a period of time. In order to increase the viscosity of the cement admixture, curing the cement admixture for a predetermined period of time may mean curing the admixture until the cement admixture has a viscosity of not less than a predetermined value, rather than curing the mixture to a solid state. Depending on the cement, the time taken to have a viscosity above a certain value may be different.

상기 시멘트 혼합재를 생성되면(단계 S30), 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 혼합재에 혼합한다(단계 S50). 이때, 경화된 시멘트 혼합재에 지방산계 상안정 상변화 물질을 혼합하는 것은, 상기 시멘트 질량대비 10wt% 내지 30wt%의 비율로 지방산계 상안정 상변화 물질을 혼합하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 질량대비 10wt%, 20wt% 및 30wt% 중 하나의 비율로 혼합할 수 있다.When the cement admixture is formed (step S30), the fatty acid-based phase change material is mixed with the cement admixture (step S50). In this case, mixing the fatty acid-based phase change material with the cured cement admixture may mean mixing the fatty acid-phase phase change material at a ratio of 10 wt% to 30 wt% with respect to the cement mass. For example, the fatty acid phase stable phase change material may be mixed at a ratio of 10 wt%, 20 wt% and 30 wt% with respect to the cement mass.

상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 응결 및 경화시켜, 건축용 콘크리트를 형성한다(단계 S70). 이때, 몰드를 이용할 수 있다. 예를 들어, 슬럼프치는 120mm, 최대 골재 사이즈는 25mm 그리고 공기량은 1.5로 설정하여 제작할 수 있다. The cement admixture mixed with the fatty acid phase stable phase change material is solidified and cured to form a concrete for construction (step S70). At this time, a mold can be used. For example, a slump value of 120 mm, a maximum aggregate size of 25 mm and an air volume of 1.5 can be produced.

일 실시예로, 축열 콘크리트 사이즈는 지름 6cm, 높이 12cm의 원통형 공시체 몰드를 사용하여 제작할 수 있다. 혼합 이후 28일 수중양생을 거쳐 최종적으로 축열 콘크리트를 제조할 수 있다. 도 18은 본 발명의 측정에 사용된 축열 콘크리트 공시체의 사진이다.In one embodiment, the heat storage concrete size can be manufactured using a cylindrical specimen mold having a diameter of 6 cm and a height of 12 cm. After mixing, it can be cured under water for 28 days to finally produce heat storage concrete. 18 is a photograph of a thermal storage concrete specimen used in the measurement of the present invention.

단계 S70에서, 만들고자 하는 콘크리트의 크기 및 형태에 따라 미리 제작된 몰드에 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 투입할 수 있다. 다음으로, 몰드에 투입한, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 응결 및 경화시킬 수 있다.In step S70, a cement admixture mixed with the fatty acid-based phase change material may be added to a mold previously prepared according to the size and shape of the concrete to be made. Next, the cement admixture mixed with the above-mentioned fatty acid phase stable phase change material, which has been put into the mold, can be condensed and cured.

이때, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 경화시키는 것은, 상기 단계 S30과 다르게 시멘트 혼합재가 고체가 될 때까지 완전히 경화시키는 것을 의미할 수 있다. 끝으로, 경화된 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 몰드로부터 탈형시켜 축열성능이 향상된 건축용 콘크리트를 제조할 수 있다.At this time, curing the cement admixture mixed with the fatty acid phase stable phase change material may mean completely curing the cement admixture until the cement admixture becomes solid, unlike the step S30. Finally, the cement admixture mixed with the cured fatty acid phase stable phase change material is demolded from the mold to produce a building concrete having improved heat storage performance.

본 발명에 따른 축열성능이 향상된 건축용 콘크리트의 성능을 실험하기 위해, DSC 분석결과를 기반으로 비열값을 산정하고 엔탈피를 계산하였다. 분석은 0, 10, 20 그리고 30wt%의 SSPCM이 혼합된 콘크리트로 진행하였다. In order to test the performance of the building concrete with improved heat storage performance according to the present invention, the specific heat value was calculated based on the DSC analysis results and the enthalpy was calculated. The analysis was carried out with mixed concrete of 0, 10, 20 and 30 wt% SSPCM.

도 19는 축열 콘크리트의 혼합율에 따른 엔탈피 결과를 보여준다. 도 19를 참조하면, SSPCM의 혼합량이 많아질수록 최종 엔탈피가 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 80℃까지 승온시킨 시점에서 일반 콘크리트의 경우 398.83J/g의 엔탈피를 갖는 것을 확인하였다. 그리고, 10wt%의 SSPCM이 들어간 콘크리트의 경우 459.64J/g인 것을 확인하였고, 20wt%와 30wt%의 SSPCM을 혼합시킨 축열 콘크리트의 경우 각각 602.77J/g과 716.67J/g의 엔탈피 값을 갖는 것으로 분석하였다. FIG. 19 shows the enthalpy results according to the mixing ratio of the heat storage concrete. Referring to FIG. 19, it can be seen that the final enthalpy is the highest as the amount of SSPCM is increased. When the temperature was raised to 80 ° C, it was confirmed that the enthalpy of ordinary concrete was 398.83 J / g. In the case of concrete with 10 wt% SSPCM, it was confirmed that it was 459.64 J / g. In the case of storage concrete mixed with SSPCM of 20 wt% and 30 wt%, enthalpy values of 602.77 J / g and 716.67 J / g, respectively Respectively.

중요한 것은 PCM의 상변화가 일어나는 시점에서 엔탈피 값이 크게 상승했다는 점이다. 즉, 상변화 온도 구간에서 축열량이 크게 증가해 전체 엔탈피 값의 상승을 가져왔다. 또한, 현열 구간에서 역시 SSPCM이 많이 들어간 콘크리트의 기울기가 더 큰 것을 확인할 수 있다. 이것은 0℃에서 상변화 구간에 도달하기까지 엔탈피 총합이 SSPCM이 많이 들어갈수록 큰 것을 통하여 알 수 있다. 향후 콘크리트 시공 시 다양한 상변화 온도를 가진 PCM을 적용함으로써 축열성능 향상을 가져올 수 있을 것으로 판단된다.The important point is that the enthalpy value has risen significantly at the time of the phase change of PCM. That is, in the phase change temperature range, the amount of heat of the heat increases greatly, and the total enthalpy value increases. Also, it can be seen that the slope of concrete with SSPCM is larger in the sensible section. It can be seen that the enthalpy sum until the SSPCM reaches the phase change section at 0 ° C becomes larger. In the future concrete application, PCM with various phase change temperatures can be applied to improve the heat storage performance.

본 발명에 따른 상누출과 낮은 열전도율을 극복한 SSPCM을 콘크리트에 적용시킴으로써 콘크리트의 축열 성능을 개선시켰다. 이렇게 제작된 축열 콘크리트는 건축물의 피크온도 저감과 더불어 타임랙 효과를 가져와 쾌적온도 범위에서 열적 관성을 유지시켜 줄 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트는 지방산 계열 상변화 물질을 사용하여, 친환경적이며 파라핀 계열 상변화 물질에 비해 제조 단가도 낮출 수 있어 경제적이다.The SSPCM which overcomes the phase leakage and the low thermal conductivity according to the present invention is applied to the concrete, thereby improving the heat storage performance of the concrete. The heat-accumulating concrete thus produced can reduce the peak temperature of the building and provide a time-rack effect to maintain the thermal inertia in a comfortable temperature range. Also, the concrete using the phase-stable phase change material according to the present invention is eco-friendly by using the fatty acid phase-change material and is economical because it can lower the manufacturing cost compared to the paraffinic phase-change material.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. You will understand.

건축물에 상변화 물질이 적용되었을 때의 에너지 절감 성능에 대한 연구는 활발히 진행되고 있는 상태이며 그 효과에 대해서는 이미 연구결과가 많이 제시되어 있는 상황이다. 이러한 시점에서 건축물의 각 구조체나 건축마감재에 상변화 물질을 적용시킴으로써, 추후 건축자재 관련 산업이나 에너지 관련 산업 등의 시장에서 본 발명을 활용하여 경쟁력을 갖출 수 있을 것이라 판단된다. Research on energy saving performance when phase change material is applied to a building is actively proceeding, and many research results have already been presented about its effect. By applying the phase change material to each structure or building finishing material of the building at this point, it is considered that the present invention can be utilized in the market of the building material related industry or the energy related industry in the future.

Claims (7)

지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성하는 단계;
시멘트와 물을 혼합하여 시멘트 혼합재를 생성하고, 상기 시멘트 혼합재를 고체가 되기 전 일정치 이상의 점도를 가지도록 일정시간 동안 경화시키는 단계;
상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 혼합재에 혼합하는 단계;
미리 제작된 몰드에 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 투입하고, 상기 몰드에 투입된 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재가 고체가 될 때까지 응결 및 경화시켜, 건축용 콘크리트를 형성하는 단계; 및
경화된 상기 지방산계 상안정 상변화 물질이 혼합된 시멘트 혼합재를 상기 몰드로부터 탈형시키는 단계;를 포함하고,
상기 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성하는 단계는,
상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 개질 탄소에 함침시키는 단계; 및
함침되지 못한 상변화 물질을 유리섬유 재질의 여과지를 이용하여 필터링하되, 함침되지 못한 상변화 물질을 모아 재활용할 수 있도록 서로 다른 여과 크기를 갖는 복수의 여과지를 겹쳐서 필터링하는 단계를 포함하는, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
Phase stabilization phase material (Phase Change Material (PCM) to form a fatty acid phase change phase change material (SSPCM);
Preparing a cement admixture by mixing cement and water, and curing the cement admixture for a predetermined time to have a viscosity of a predetermined value or more before being solidified;
Mixing the fatty acid phase stable phase change material with the cement admixture;
A cement admixture in which the fatty acid phase stable phase change material is mixed is introduced into a preformed mold and the cement admixture mixed with the fatty acid phase stable phase change material put into the mold is solidified and solidified, Forming a building concrete; And
Demolding the cement admixture mixed with the cured fatty acid-based phase-change phase-change material from the mold,
The step of phase-stabilizing the fatty acid phase change material (PCM) to generate a fatty acid-based phase change material (SSPCM)
Impregnating the modified carbon with the fatty acid-based phase-change phase-change material; And
And a step of filtering the phase change material which has not been impregnated by using a filter paper made of a glass fiber material and filtering the plurality of filter paper having different filtration sizes so as to collect and recycle the undamaged phase change material, This improved method of manufacturing concrete with a phase change material of stable phase.
제1항에 있어서,
상기 지방산계 상변화 물질은, 코코넛유 및 팜유 중 적어도 하나를 포함하는, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fatty acid phase change material comprises at least one of coconut oil and palm oil.
제1항에 있어서,
상기 지방산계 상변화 물질은, 옥수수유, 면실유, 땅콩유, 올리브유, 팜핵유, 유채유, 캐놀라유, 참깨유, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 아마인유, 홍화유, 자트로파유 중 적어도 하나를 포함하는, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the fatty acid phase change material comprises at least one of corn oil, cottonseed oil, peanut oil, olive oil, palm kernel oil, rapeseed oil, canola oil, sesame oil, soybean oil, sunflower oil, castor oil, linseed oil, safflower oil, A method for manufacturing a concrete with a phase - stable phase change material with improved heat storage performance.
제1항에 있어서, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 개질 탄소에 함침시키는 단계는,
진공 상태에서 상기 지방산계 상변화 물질을 박리 흑연 나노플레이트(exfoliated graphite nanoplate: xGnP)에 함침시키는, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein the step of impregnating the modified carbon with the fatty acid-
Wherein the fatty acid phase change material is impregnated in an exfoliated graphite nanoplate (xGnP) in a vacuum state.
제1항에 있어서, 상기 지방산계 상변화 물질(Phase Change Material; PCM)을 상 안정화시켜 지방산계 상안정 상변화 물질(Shape-Stabilized Phase Change Material; SSPCM)을 생성하는 단계는,
상기 상변화 물질이 함침된 박리 흑연 나노플레이트를 진공 건조하는 단계를 포함하는, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
The method according to claim 1, wherein the step of phase-stabilizing the fatty acid phase change material (PCM) to form a fatty acid-based phase change material (SSPCM)
And vacuum drying the peeled graphite nanoplate impregnated with the phase change material. The method for producing a phase-stable phase-change material according to claim 1,
제1항에 있어서, 상기 시멘트와 물을 혼합하여 시멘트 혼합재를 생성하는 단계는,
상기 물과 시멘트 비율은 30%인, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein mixing the cement and water to produce a cement admixture comprises:
Wherein said water and cement ratio is 30%.
제1항에 있어서, 상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 혼합재에 혼합하는 단계는,
상기 지방산계 상안정 상변화 물질을 상기 시멘트 질량대비 10wt% 내지 30wt%의 비율로 혼합하는, 축열 성능이 향상된 상안정 상변화 물질 적용 콘크리트의 제조 방법.
The method of claim 1, wherein mixing the fatty acid phase stable phase change material with the cement admixture comprises:
Wherein the fatty phase stable phase change material is mixed at a ratio of 10 wt% to 30 wt% with respect to the cement mass.
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