KR20230023251A - 건축물의 단열구조재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바닥 및 천장을 포함하는 건축물의 내부에 구축되는 단열구조물을 구성하는 단열구조재로서, 금속 재질의 하부판; 하부판과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판; 하부판과 상부판 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부; 하부판, 상부판 및 연결부가 이루는 내부 공간에 충전되는 코어층; 및 코어층의 내부에 배치되는 진공단열재를 포함하고, 연결부는 비금속 소재로 구성되는 비금속부를 포함하되, 비금속부는 하부판과 상부판 사이의 간격에 대응되는 높이를 가짐으로써 비금속부가 하부판으로부터 상부판에 이르는 전체 두께에 걸쳐 배치되며, 단열구조재는 건축물의 내부에 설치되는 지지구조물 상에 용접 및 볼팅 체결 중 적어도 어느 하나의 방식을 이용하여 고정되는 것을 특징으로 하는, 건축물의 단열구조재를 제공한다.

Description

건축물의 단열구조재 {Insulation Structural Materials for Buildings}
본 발명은 건축물의 단열구조재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉동창고 등과 같이 단열을 요하는 건축물의 바닥 및/또는 천장(지붕)에 구축되는 단열구조물의 두께를 기존 대비 대폭 축소하면서도 충분한 단열성능 및 구조적 강도를 확보하는 것이 가능하게 하고, 특히 이음부가 기밀하게 연결됨으로써 건축물의 바닥 및/또는 천장에 구축되는 단열구조물의 방수성을 확보하는 것이 가능하게 하는 단열구조재에 관한 것이다.
현대의 건축 또는 조선 산업 분야에서는 구조적인 특성 뿐만 아니라 단열 특성까지 제공할 수 있는 단열구조재가 사용되고 있다. 단열성을 거의 가지지 못했던 기존의 콘크리트 구조재 또는 철 구조재를 대체하기 위한 단열구조재로서 복합 라미네이트 구조재가 알려진 바 있으며, 이러한 복합 라미네이트 구조재를 참조할 수 있는 선행기술문헌으로는 대한민국 등록특허공보 제10-0742033호(이하 '선행문헌 1')가 있다.
선행문헌 1에 개시된 복합 라미네이트 구조재는 금속 박스 내부에 폴리우레탄폼과 같은 단열 물질을 충진하는 구조로서, 금속 재질로 구성되는 상하판 사이에서 열교현상(thermal bridge)이 발생하여 단열성능이 급격하게 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인에 의하여 출원 및 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1927888호(이하 '선행문헌 2')에는 단열구조재의 테두리부(연결부)에 비금속층을 포함하여, 단열구조재의 테두리부에서의 열교현상을 최소화 내지 방지하고자 하는 기술이 개시된 바 있다.
선행문헌 2에서 제시하고 있는 단열구조재는 테두리부의 구조에 따라 크게 적층형 타입과 단차형 타입의 두 가지로 나누어 볼 수 있다. 도 1은 적층형 타입 의 종래 단열구조재를 나타낸 도면이고, 도 2는 단차형 타입의 종래 단열구조재를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 단열구조재는, 금속 재질의 하부판(10); 하부판(10)과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판(20); 하부판(10)과 상부판(20) 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부(30); 하부판(10)과 상부판(20) 및 연결부(30)가 이루는 박스 공간 내에 액상으로 주입 및 경화되는 코어층(40); 코어층(40) 내부에 배치되는 중간층(50)을 포함한다.
도 1에 도시된 적층형 타입의 구조에서, 연결부(30)는 금속 재질의 하부연결부(31) 및 상부연결부(32)와 그 사이에 배치되는 비금속층(33)을 포함한다. 즉, 종래의 단열구조재는 연결부(30)가 '금속-비금속-금속'의 혼합체로 구성되어 있는데, 이는 연결부(30)에 비금속 구성을 포함시킴으로써 단열구조재의 테두리부에서 발생하는 열교현상을 최소화시키고자 하는 것이었다.
그리고 도 2에 도시된 단차형 타입의 구조는, 금속 재질의 하부연결부(31)와 상부연결부(32)가 서로 단차지게 배치됨에 따라 그 사이에 배치되는 비금속층(33)의 하면이 하부판(10)과 접하게 위치한다는 점에서 다소 차이가 있으나, 단열구조재의 테두리부에서 발생하는 열교현상을 최소화시키기 위한 목적으로 연결부(30)를 금속과 비금속 소재의 혼합체로 구성한다는 점에서 기술적 공통점이 있다.
1) 대한민국 등록특허공보 제10-0742033호 (2007.07.23 공고) 2) 대한민국 등록특허공보 제10-1927888호 (2018.12.11 공고)
본 출원인은 출원인에 의해 개발된 상기의 종래 단열구조재가 구조상으로 아래와 같은 문제점을 지니고 있음을 발견하였다. 이하에서 도 3 및 도 4를 참조하여 종래 단열구조재의 문제점을 구체적으로 설명한다.
1) 테두리부의 열교현상을 효과적으로 방지할 수 없는 문제점
전술한 바와 같이 종래의 단열구조재는 테두리부에서의 열교현상을 최소화 내지 방지하고자 하는 목적으로 연결부(30)를 금속-비금속-금속의 혼합체로 구성하는 방식을 제안하고 있다.
그런데, 도 3을 참조하면, 적층형 타입의 종래 단열구조재는 진공단열재로 구성되는 중간층(50)의 냉기 투과율이 현저히 낮은 관계로 중간층(50) 상부의 코어층(40)에서 대략 10%의 냉기만 흡수되고, 열전도율이 매우 높은 금속 표면을 통하여 90%의 냉기가 열교 부분인 테두리부 즉 연결부(30)로 집중되는 현상이 발생하였다. 이는 단열구조재의 테두리부에서의 열교를 방지하고자 하는 종래기술의 목적이 전혀 달성되고 있지 못한 것이며, 이와 같은 현상은 단차형 타입의 종래 단열구조재에서도 동일하게 나타난다.
한편, 일반적으로 단열구조재에서는 비금속 구성들이 열교를 완충하는 버퍼 역할을 하게 되는데, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 단열구조재는 테두리부에 일정 수준의 금속층이 형성되어 있기에 중간에 형성되는 열교 버퍼(TB1)보다 테두리부에 형성되는 열교 버퍼(TB2)의 높이가 낮게 형성되고, 이것을 원인으로 단열구조재의 테두리부에 열교가 집중되는 현상이 발생하였다. 도면은 단차형 타입을 예로 들어 설명하고 있지만, 이와 같은 현상은 금속층이 상하부에 두 개의 층으로 구성되어 있는 적층형 타입의 종래 단열구조재에서 더 심하게 나타날 수 있다.
다시 말해, 종래의 단열구조재는 연결부(30)에 비금속층(33)을 포함시켜 열교현상을 해결하고자 한 것이나, 예상과는 달리 단열구조재의 테두리부에서 발생하는 열교현상을 완벽하게 해결할 수 없었다. 이는 종래의 단열구조재가 적층형 타입인지 또는 단차형 타입인지의 구분과 상관없이 연결부(30)에서 금속층이 차지하는 비율이 일정 수준(높이) 이상으로 형성되고 있기 때문이다.
2) 금속-비금속-금속의 혼합 구조로 구성되는 연결부의 구조상 문제점
종래의 단열구조재는 금속 재질의 하부 및 상부연결부(31, 32) 사이에 비금속층(33)이 배치되는 구조를 가지는데, 이러한 혼합 구조를 만드는 것이 쉽지 않기 때문에 제작상 어려움이 발생하여 생산성의 측면에서 좋지 못하다는 단점이 있다.
또한, 연결부(30)의 상하부에 각각 금속층을 두 개의 층으로 구성하는 것은 자재 물량을 증가시키고 생산 공정을 복잡하게 할 뿐만 아니라, 단열구조재의 전체 중량을 증가시키게 되므로 하중 측면에서도 불리하게 작용하는 요인이 되었다.
뿐만 아니라, 종래 단열구조재는 연결부(30)가 여러 부재들의 조합으로 이루어지다 보니 단열구조재의 테두리부에 두께방향을 따라 부재간 이음부가 다수 존재하게 되는데, 이러한 부재간 이음부를 통하여 코어층(40)의 형성을 위해 주입된 액상 폴리머가 새어 나오는 현상이 발생하기도 하였으며 이는 종래 단열구조재의 제작을 더욱 어렵게 하는 또 다른 원인이 되었다.
후술하는 본 발명에서 사용되는 비발포성 폴리머는 통상 밀도가 1.1이 넘는 고밀도의 특성을 가지며 점성도가 윤활유와 거의 대등한 물질이다. 이러한 비발포성 폴리머는 낮은 점성도로 인하여 0.1mm의 틈만 있어도 경화되기 전의 액상 폴리머가 새어 나오는 현상이 발생할 수 있으며, 액상 폴리머가 새어나올 경우 작업 현장이 순식간에 폴리머로 뒤덮이게 되어 이를 제거하기 위한 상당한 노무비 및 공정 혼란이 발생할 수 있다. 따라서 종래와 같이 이종 부재간 이음부가 다수 존재하는 구조는 이러한 비발포성 폴리머의 사용에 따른 위험을 증가시키게 된다.
3) 코어층과 비금속층 간의 연결에서의 문제점
한편, 종래의 단열구조재는 연결부(30)가 단열구조재의 두께방향을 따라 적어도 일정 높이 이상의 금속층을 포함하고 있으므로 비금속층(33)이 차지하는 비율이 그 만큼 적어질 수 밖에 없고, 따라서 비금속층(33)이 코어층(40)과 접착되는 접착면(Adhesive surface)의 면적도 좁게 형성될 수 밖에 없다.
따라서 종래의 단열구조재는 코어층(40)과 비금속층(33) 간에 충분한 접착력을 부여받기 힘들었으며, 단열구조재가 하중을 받아 휘어지게 되는 경우에는 비금속층(33)이 코어층(40)으로부터 분리되거나 탈락되는 현상이 종종 발생하였다. 비금속층(33)이 코어층(40)으로부터 분리되어 그 사이의 틈이 발생하면 단열구조재의 전체 단열성능이나 구조적 성능에 큰 악영향을 끼치게 된다.
4) 진공단열재 배치 공간의 불리함
종래의 단열구조재는 테두리부 배치되는 연결부(30)가 금속과 비금속의 혼합 구조로 마련됨에 따라 이종 부재간의 접합력(접착력)을 고려하였을 때 폭이 일정 수준 이상으로 형성되어야 했다.
연결부(30)에서 금속 소재와 비금속 소재 간의 접합력이 낮게 형성되면 금속-비금속 간 접합부가 분리되는 박리 현상이 쉽게 일어나게 되고, 이러한 박리 현상은 단열구조재의 구조적 성능을 크게 약화시키는 요인이 되므로, 종래에는 연결부(30)의 폭을 두껍게 하여 금속과 비금속 소재가 서로 접착되는 면적을 넓게 가져갈 수 밖에 없었던 것이다.
이러한 종래기술에 따르면, 단열구조재의 내측에 배치되는 중간층(50) 즉 진공단열재의 배치 공간이 줄어들 수 밖에 없다. 단열성능에 가장 큰 비중을 차지하는 진공단열재의 배치 공간이 줄어드는 것은 그 만큼 단열구조재의 전체 단열성능이 떨어지게 됨을 의미한다.
본 발명은 내부 코어에 진공단열재를 포함하여 폴리우레탄폼이나 글라스울과 같은 일반적인 단열재를 사용하는 것보다 현저하게 우수한 단열성능의 구현이 가능한 단열구조재를 제공하는 것을 최우선적인 목적으로 하며, 이러한 단열구조재를 제공함에 있어서 상기에 기술된 종래의 문제점들을 근본적으로 해결하는 것을 기술적 과제로 한다.
더불어, 본 발명은 냉동창고 등과 같이 단열 및 방수가 중요하게 요구되는 건축물의 바닥 및/또는 천장에 시공되기에 적합하도록 이음부에서 기밀성을 확보할 수 있는 단열구조재의 개선된 연결 구조를 제공하고자 하며, 이를 통하여 단열과 방수가 동시에 요구되는 건축물과 관련된 자재 산업 분야에서 우수한 경쟁력을 확보하는 것을 궁극적인 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 바닥 및 천장을 포함하는 건축물의 내부에 구축되는 단열구조물을 구성하는 단열구조재로서, 금속 재질의 하부판; 상기 하부판과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판; 상기 하부판과 상기 상부판 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부; 상기 하부판, 상기 상부판 및 상기 연결부가 이루는 내부 공간에 충전되는 코어층; 및 상기 코어층의 내부에 배치되는 진공단열재를 포함하고, 상기 연결부는 비금속 소재로 구성되는 비금속부를 포함하되, 상기 비금속부는 상기 하부판과 상기 상부판 사이의 간격에 대응되는 높이를 가짐으로써 상기 비금속부가 상기 하부판으로부터 상기 상부판에 이르는 전체 두께에 걸쳐 배치되며, 상기 단열구조재는 상기 건축물의 내부에 설치되는 지지구조물 상에 용접 및 볼팅 체결 중 적어도 어느 하나의 방식을 이용하여 고정되는 것을 특징으로 하는, 건축물의 단열구조재가 제공될 수 있다.
상기 지지구조물을 기준으로 서로 이웃하는 상기 단열구조재 사이의 공간에 마감재가 충전되어 서로 이웃하는 상기 단열구조재 사이의 이음부의 기밀을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 건축물의 단열구조재는, 서로 이웃하는 상기 단열구조재 사이의 간격 상부를 덮어 마감하는 연결판을 더 포함할 수 있고, 상기 마감재는 서로 이웃하는 상기 단열구조재, 상기 지지구조물 및 상기 연결판에 의해 형성되는 공간 내부에 충전될 수 있다.
상기 마감재는 비발포성 폴리머이며, 서로 이웃하는 상기 단열구조재, 상기 지지구조물 및 상기 연결판에 의해 형성되는 공간 내부에 액상으로 주입된 후 경화될 수 있다.
상기 코어층은 비발포성 폴리머로 구성될 수 있다.
상기 비금속부와 상기 코어층 간에 적어도 4MPa 이상의 접착 강도가 부여될 수 있다.
상기 비금속부는 플라스틱 소재로 마련될 수 있으며, 보다 구체적으로는 PET(Polyethylene Terephthalate), PVC(Polyvinyl Chloride), 에폭시(Epoxy) 및 폴리우레탄 계열의 플라스틱 중 어느 하나의 소재로 마련될 수 있다.
상기 코어층의 내부에 P-폼, 글라스울 및 미네랄울 중 어느 하나의 소재로 제작되는 내부형상체가 삽입 배치될 수 있다.
상기 내부형상체는 구 또는 육면체 형태로 제작되어 부피를 가지는 것으로서, 다수개가 상기 코어층의 내부에 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
상기 하부판과 상기 상부판 중 적어도 어느 하나는 가장자리 끝단부가 절곡되어 상기 단열구조재의 측면 일부를 덮을 수 있다.
상기 하부판이 상기 지지구조물과 용접 방식으로 연결될 때 레이저 용접이 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 단열구조재는 단열성능이 현저히 우수하고 치수 안정성이 뛰어난 진공단열재를 기반으로 제작됨으로써, 기존의 일반 단열재(폴리우레탄폼, 글라스울 등)를 사용하는 단열구조재와 대비하여 두께가 획기적으로 감소되거나 혹은 동일한 두께에서 월등한 단열성능을 기대할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 단열구조재는 테두리부를 구성하는 연결부에서 비금속 소재(비금속부)가 하부판 및 상부판을 제외한 단열구조재의 전체 두께에 대응되는 높이로 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에서 연결부의 비금속부는 단열구조재의 두께방향을 따라 복수의 층으로 분할되지 않고 연속된 단일층으로 배치되며, 따라서 단열구조재의 테두리부에서 발생하는 열교현상의 문제를 보다 확실하게 방지할 수 있게 된다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 단열구조재는 연결부의 구조가 간소화됨에 따라 제작이 용이해지고, 금속부가 하단부에만 구비되거나 또는 아예 구비되지 않을 수 있으므로 종래기술과 대비하여 단열구조재의 하중 측면에서도 유리한 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 단열구조재는 연결부의 비금속부가 단열구조재의 내부 코어 전체에 대응되는 높이로 형성됨에 따라 코어층과 비금속부가 접하는 면적이 최대가 되어 상호간에 충분한 접착력을 부여받을 수 있다. 따라서 본 발명은 비금속부가 코어층으로부터 분리될 우려가 적고, 상/하부판, 코어층 및 비금속부를 포함하는 연결부(또는 비금속부로 구성되는 연결부)가 모두 견고하게 결합되어 결과적으로 단열구조재의 전체적인 구조적 성능을 높이는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 단열구조재는 연결부의 비금속부가 단열구조재의 두께방향을 따라 단일층으로 형성됨과 더불어 코어층과의 충분한 접착력을 부여받을 수 있으므로, 비금속부의 폭을 기존 대비 얇게 가져갈 수 있고, 따라서 단열구조재 내부에 설치되는 진공단열재의 배치 공간을 최대한 넓게 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서로 이웃하는 단열구조재 사이를 폴리머로 마감함으로써 서로 이웃하는 단열구조재가 기밀하게 연결되어 이음부를 통한 열손실이나 수분이 침투하는 현상이 완벽하게 방지될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 단열구조재는 단열과 동시에 방수가 요구되는 건축물(예컨대, 냉동창고)의 단열구조물을 구축하는데에 아주 적합한 재료로서 사용될 수 있다.
더불어, 본 발명에 의하면, 단열구조재의 연결시 레이저 용접의 적용이 가능하게 되어 단열구조재의 설치 및 연결 작업에 소요되는 시간이 획기적으로 감소되고 생산성이 크게 향상되는 효과를 누릴 수 있으며, 단열구조재가 용접 방식으로 연결됨에 따라 단열구조재의 이음부에서 보다 확실한 기밀성 및 방수성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상술된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 적층형 타입의 종래 단열구조재를 나타낸 도면이다.
도 2는 단차형 타입의 종래 단열구조재를 나타낸 도면이다.
도 3은 적층형 타입의 종래 단열구조재의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 단차형 타입의 종래 단열구조재의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 일 변형예와 단차형 타입의 종래 단열구조재를 비교 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 다른 변형예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 코어층 내부에 내부형상체가 삽입 배치된 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 단열구조재의 적용시 효과를 설명하기 위한 것으로서, 종래 냉동창고의 바닥에 구축되는 단열구조와 본 발명에 따른 단열구조재에 의한 단열구조 비교 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적 및 효과를 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조해야 한다.
본 명세서에 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와는 다소 상이할 수 있으며, 도면에 도시된 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장되거나 축소될 수 있고 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'된다고 하는 것은 직접적인 연결은 물론 간접적인 연결을 포함하는 것이며, 두 구성요소 사이에 다른 구성요소가 존재할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 의미로 해석될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 용어 '상부', '상측' 또는 '위'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 건축물의 내측 방향을 가리키는 것일 수 있고, 마찬가지로 용어 '하부', '하측' 또는 '아래'는 중력에 대한 방향과는 관계없이 건축물의 외측 방향을 가리키는 것일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서 이에 의하여 본 발명이 한정되지는 않는다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 연결 구조를 나타낸 도면이다. 그리고 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 일 변형예와 단차형 타입의 종래 단열구조재를 비교 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 다른 변형예를 나타낸 도면이다. 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 코어층 내부에 내부형상체가 삽입 배치된 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재(100)는, 금속 재질의 하부판(110); 하부판(110)과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판(120); 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부(130); 하부판(110)과 상부판(120) 및 연결부(130)가 이루는 공간 내에 채워지는 코어층(140); 및 코어층(140) 내부에 배치되는 진공단열재(150)를 포함할 수 있다.
하부판(110)과 상부판(120)은 본 실시예에 따른 단열구조재(100)의 상하면을 이루는 것으로서, 일반 철판을 포함하여 스테인리스강(Stainless steel)이나 인바강(Invar steel) 또는 알루미늄 합금(Aluminum alloy) 등과 같이 구조적 강도가 우수한 금속 재질의 판으로 마련될 수 있다.
연결부(130)는 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 테두리부에 배치되어 본 실시예에 따른 단열구조재(100)의 측면을 이루는 것으로서, 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 간격을 유지하고 기밀하게 연결하는 역할을 할 수 있다.
연결부(130)는 금속 재질로 마련되는 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 열교를 방지하는 구조를 가지는 것이 유리하다. 이를 위해 본 실시예의 연결부(130)는 비금속 소재의 비금속부(131) 및 금속 소재의 금속부(132)를 포함하되, 비금속부(131)가 하부판(110)으로부터 상부판(120)에 이르는 전체 높이에 대응하도록 형성되고, 금속부(132)는 비금속부(131)의 측면 하단부에 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 실시예에서 비금속부(131)는 하부판(110)과 상부판(120)을 제외한 단열구조재(100)의 전체 두께에 걸쳐 배치된다.
비금속부(131)는 하단 및 상단부가 각각 하부판(110) 및 상부판(120)에 접착에 의해 고정될 수 있으며, 비금속부(131)를 접착시키는 접착제로는 VHB(Very High Bonding) 테이프와 같은 양면 테이프나 수지(resin) 또는 폴리머(polymer) 계열의 접착제가 사용될 수 있다.
상기와 같이 비금속부(131)가 하부판(110) 및 상부판(120)을 제외한 단열구조재(100)의 전체 두께에 대응되는 높이로 배치되는 본 실시예에 따르면, 단열구조재(100)의 테두리부에서 하부판(110)과 상부판(120) 사이를 연결하는 비금속 구성이 최대 높이로 형성되므로, 단열구조재(100)의 테두리부에서 발생하는 열교현상이 보다 확실하게 방지될 수 있다.
또한, 본 실시예는 연결부(130)가 수평방향을 따라 비금속부(131)와 금속부(132)로 구분될 뿐이지, 비금속부(131)가 단열구조재(100)의 두께방향을 따라 복수의 부재로 분할되는 것은 아니다. 따라서 단일층으로 구성되는 비금속부(131)의 시공이 용이하고, 두께방향을 따라 분할되는 부재간의 접합력(접착력)을 고려할 필요가 없으므로 종래와 대비하여 비금속부(131)의 폭을 줄이는 것도 가능해진다.
더불어, 본 실시예에 따른 단열구조재(100)는 금속부(132)가 비금속부(131)의 측면 하단부에만 배치되는 것으로서, 상하부에 모두 금속층이 구비되던 종래 단열구조재에 비하여 하중 측면에서도 유리한 이점을 가질 수 있다.
뿐만 아니라, 본 실시예에 따른 단열구조재(100)는 비금속부(131)가 하부판(110) 및 상부판(120) 사이의 전체 높이에 대응되게 배치되므로, 비금속부(131)가 코어층(140)에 접하는 면적이 최대로 형성될 수 있고, 따라서 비금속부(131)와 코어층(140) 간의 접착력이 한층 강화될 수 있다. 여기서 비금속부(131)와 코어층(140) 간의 강화된 접착력은 전술한 비금속부(131)의 폭을 줄이는데에도 기여할 수 있다.
한편, 상기한 바와 같이 비금속부(131)와 코어층(140) 간의 접촉 면적이 확대되었다 하더라도, 접착성이 좋지 못한 소재끼리 접착이 이루어진다면 하중 조건에서 비금속부(131)가 분리 또는 탈락되는 현상으로부터 완전히 자유로울 수는 없다. 즉, 비금속부(131)와 코어층(140)과의 접촉 면적도 중요하지만 두 구성간의 접착 궁합(친화성)도 중요하다.
이에 본 실시예는 폴리머로 구성되는 코어층(140)과의 접착성을 고려하여 비금속부(131)의 소재로서 플라스틱(plastic)을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 PET(Polyethylene Terephthalate), GRP(Glass Reinforced Plastic), PVC(Polyvinyl Chloride), 에폭시(Epoxy) 및 동형 재질인 폴리우레탄 계열의 플라스틱 등이 비금속부(131)의 소재로서 고려될 수 있다.
더 나아가 본 실시예는 비금속부(131)가 코어층(140)으로부터 분리 또는 탈락되는 현상을 보다 확실하게 방지할 수 있도록, 비금속부(131)와 코어층(140) 간에 적어도 4MPa 이상의 접합강도(접착강도)를 부여할 수 있다. 후술하겠지만, 하부판(110) 및 상부판(120)과 코어층(140) 간의 접합강도는 적어도 3MPa 이상으로 형성될 수 있다. 여기서 하부판(110) 및 상부판(120)과 접하는 코어층(140)의 상/하면은 면적이 넓게 형성되기 때문에 접합강도가 3MPa 이상으로만 형성되어도 견고한 결합이 가능하지만, 비금속부(131)와 접하는 코어층(140)의 측면 면적은 상/하면 면적에 비해서는 좁기 때문에 비금속부(131)와 코어층(140) 간의 접합강도에 보다 엄격한 기준을 적용하는 것이다.
여기서 비금속부(131)와 코어층(140) 간의 접합강도를 4MPa 이상으로 부여하는 것은, 본 실시예에 따른 단열구조재(100)가 10 N/cm2 이상의 수직하중을 받아 휘어짐이 발생할 때 비금속부(131)와 코어층(140) 간의 박리를 방지하고 분리되는 것을 견딜 수 있게 하기 위함이다.
비금속부(131)와 코어층(140) 간의 접합강도를 4MPa 이상으로 부여하기 위하여, 비금속부(131)와 코어층(140)이 마주하는 면 중 적어도 어느 일측 면에 표면처리를 하여도 좋다.
한편, 본 실시예는 연결부(130)로서 금속 및 비금속 소재가 상하방향으로 적층되는 구조를 회피하는 대신, 금속부(132)를 비금속부(131)의 외측 측면 하단부에 배치시킨다. 따라서 비금속부(131)와 금속부(132)를 포함하는 연결부(130)의 전체 형상은 대략 'ㄴ'자의 단차진 형태를 가질 수 있다.
금속부(132)는 하부판(110)의 가장자리 상면에 의해 지지될 수 있으며, 이러한 금속부(132)의 배치 공간을 마련하기 위하여 하부판(110)은 상부판(120)에 비하여 보다 넓은 면적을 가질 수 있다.
금속부(132)는 하부판(110)의 상면에 용접 또는 접착 방식으로 결합될 수 있다. 금속부(132)는 하부판(110)과 용접이 원활하고 접합시 이종 소재 간의 부식이 발생되지 않는 것이라면 어떠한 재질의 금속이라도 사용이 가능하고, 금속부(132)가 하부판(110)과 접착되는 구조에서는 일정 수준 이상의 접합력을 가질 수 있는 소재라면 어떠한 재질의 금속이라도 사용이 가능하다.
본 실시예에서 비금속부(131)와 금속부(132) 상호간에도 접착될 수 있으며, 후술하는 마감재(폴리머)가 서로 인접하는 단열구조재(100) 사이의 공간(S)에 주입되면서 비금속부(131)와 금속부(132) 사이의 미세한 틈에 흘러 들어가 더욱 견고한 접합력을 형성하는데 도움을 줄 수도 있다.
본 실시예에서 단열구조재(100)의 테두리부에서 하부판(110) 및 상부판(120) 사이의 열교현상을 방지하고 단열구조재(100)의 측면을 기밀하게 연결하는 역할은 주로 연결부(130)의 1차 구성인 비금속부(131)에 의해 달성된다.
연결부(130)의 2차 구성으로 설치되는 금속부(132)는 비금속부(131)의 하단부를 지지하여 주는 구조적 기능을 하며, 후술하는 바와 같이 단열구조재(100)가 하부구조물(1)에 체결되는 부위를 제공하거나 용접시 용접열을 차단하는 역할을 할 수 있다. 즉, 금속부(132)는 단열구조재(100)의 테두리부로서의 역할보다는 단열구조재(100)의 연결시 구조적 체결을 견고하게 하거나 용접열로부터 보호하기 위한 목적으로 구비되는 것으로 볼 수 있으며, 따라서 금속부(132)도 종래의 금속 연결부(31, 32; 도 1-2 참조)와 대비하여 폭이 크게 형성되지 않아도 된다.
잠시 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재의 변형예에 대해 살펴보고 넘어가도록 한다. 이하에서 설명되는 변형예들은 제1 실시예에서 비금속부(131)의 형태가 변형된 것에 관한 것이며 변형된 부분에 대해서만 간략히 설명한다. 여기서 설명되지 않는 나머지 구성들은 전술한 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다.
먼저 도 7을 참조하면, 제1 실시예의 일 변형예에 따른 단열구조재(100')는 비금속부(131')의 상하방향 양 끝단부가 단열구조재(100')의 두께방향으로부터 길이방향으로 절곡되도록 형태가 변형된 것으로서, 비금속부(131')의 단면 형상이 'ㄷ'자 형태를 가질 수 있다.
상기와 같이 비금속부(131')의 하단 및 상단부가 꺾인 형태를 가지는 본 변형예에 따르면, 비금속부(131')와 코어층(140')이 서로 접하는 면적이 증대됨에 따라 비금속부(131')와 코어층(140') 간에 보다 더 강한 접착력을 부여받을 수 있다.
또한, 본 변형예는 비금속부(131')의 꺾인 부분에 의해 하부판(110) 및 상부판(120)과 접하는 면적도 증대되므로, 비금속부(131')가 단열구조재(100')의 테두리부에서 더욱 견고하게 고정될 수 있으며, 이는 후술하는 바와 같이 코어층(140')을 형성하기 위해 주입되는 액상 폴리머가 새어 나오는 것을 방지하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 구조가 된다.
뿐만 아니라, 본 변형예는 비금속부(131')가 상/하단부에서 보다 강한 힘으로 연결되고 있으므로, 비금속부(131')의 길이를 증가시키는 대신 폭(W)은 더 감소시킬 수 있다. 따라서 본 변형예는 앞서 설명한 바와 같이 진공단열재(150')의 배치 공간을 최대한 확보하는 데에 있어 유리한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어 도 7의 하단에는 단차형 타입의 종래 단열구조재가 비교 도시되어 있는데, 본 변형예에 따른 단열구조재(100')는 종래 단차형 타입 단열구조재와 비교하여 진공단열재(150')의 배치 공간을 최소 20mm에서 40mm까지 추가적으로 확보 가능한 효과가 있다.
다음으로 도 8을 참조하면, 제1 실시예의 다른 변형예에 따른 단열구조재(100'')는 하부판(110'')과 상부판(120'')의 가장자리 끝단부가 절곡되어 단열구조재(100'')의 측면 가장자리 일부를 덮는 형태를 가질 수 있다.
즉, 하부판(110'')과 상부판(120'')의 끝단 가장자리가 수직방향으로 절곡되어 구부러진 형태로 마련될 수 있으며, 열교의 발생을 방지하기 위하여 하부판(110'')과 상부판(120'')의 꺾인 가장자리는 서로 연결되지 않는 것이 바람직하다.
실제로 열교 차단을 위해 상부판(120'') 상에 비연속적인 구간을 형성하는 경우에는 수직방향으로 작용하는 하중에 대한 구조강도가 1/4로 줄어드는 현상이 발생하게 되는데, 도 8에 도시된 변형예와 같이 하부판(110'')과 상부판(120'') 간의 비연속적인 구간이 단열구조재(100'')의 측면부에 형성되는 경우에는 구조강도가 다소 줄어드는 것은 마찬가지지만 서로 이웃하는 단열구조재(100'')의 하부판(110'')끼리 그리고 상부판(120'')끼리 연결하여 주면 구조강도가 다시 거의 100% 수준으로 복원된다. 즉, 본 변형예는 단열구조재(100'')의 구조적인 측면에서 유리한 효과를 가질 수 있는 구조에 관한 것이다.
본 변형예와 같이 하부판(110'') 및 상부판(120'')의 끝단 가장자리가 구부러진 형태로 구비되는 경우에는 전술한 금속부(132)의 구성이 삭제될 수 있으며, 하부판(110'') 및 상부판(120'')의 끝단 가장자리가 단열구조재(100'')의 측부를 용접시 발생하는 화기로부터 보호하는 역할을 할 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 코어층(140)은 하부판(110)과 상부판(120) 및 연결부(130)가 이루는 공간 내부에 충전되어 기본적으로는 단열구조재(100)의 단열층으로서 기능한다.
코어층(140)을 구성하는 소재로는 폴리우레탄(Polyurethane)이나 폴리스티렌(Polystyrene), 폴리에폭시(Polyepoxy) 등과 같은 폴리머가 이용될 수 있다.
이때, 금속 재질의 상/하부판(120, 110)과 코어층(140) 사이의 접착력, 코어층(140)의 구조적 강도 및 후술하는 진공단열재(150)의 기밀성 등을 고려하였을 때 코어층(140)은 비발포성 폴리머로 구성되는 것이 바람직하나, 경우에 따라 발포성 폴리머가 이용될 수도 있음은 물론이다.
코어층(140)이 비발포성 폴리머로 구성되는 경우, 단열구조재(100)의 내부 공간으로 비발포성 폴리머 원액을 주입한 후 경화시키는 방식으로 코어층(140)을 형성할 수 있다. 여기서 비발포성 폴리머를 '주입'한다는 것은, 주입기와 같은 기구를 이용하여 단열구조재(100)의 내부 빈 공간에 비발포성 폴리머 원액을 직접 주입하는 방식은 물론, 진공단열재(150)와 상/하부판(120, 110) 사이에 비발포성 폴리머 원액을 도포하는 방식을 모두 포함하는 의미일 수 있다.
또는, VHB 테이프와 같은 양면 테이프나 접착제를 이용하여 진공단열재(150)를 하부판(110) 및 상부판(120)에 직접 부착시키는 것도 가능하며, 이러한 경우에는 양면 테이프나 접착제를 구성하는 접착 물질이 코어층(140)을 형성하는 것으로 이해될 수 있다.
코어층(140)의 내부에 배치되는 진공단열재(150)는, 바람직하게는 알루미늄 포일(aluminium foil)과 같은 금속 박막이나 폴리머 필름(polymer film) 등의 소재를 포함하여 높은 차폐성을 갖는 피복재 내부에 공기가 제거된 글라스울, 흄드 실리카(fumed silica), 펄라이트(perlite) 또는 에어로겔(aerogel) 등의 코어를 충진한 구조의 진공단열패널(Vacuum Insulation Panel, VIP)일 수 있다.
진공단열패널은 일반적으로 0.0045W/mK 이하로 열전도율이 매우 낮으므로 기존의 단열재와 대비하여 월등한 단열성능을 기대할 수 있다. 구체적으로, 진공단열패널은 폴리우레탄폼보다 대략 6~10배 가량 높은 단열성능을 가지며, 이는 폴리우레탄폼보다 두께를 6~10배 줄이더라도 동일한 단열성능을 기대할 수 있다는 것을 의미한다.
본 실시예에 따른 단열 구조재(100)는 단열성능이 월등히 우수한 진공단열패널을 기반으로 하여 종래 단열 구조재와 대비하여 두께가 획기적으로 감소될 수 있으며, 기존의 단열 구조재와 대비하여 현저히 얇은 두께로도 동일한 단열 효과를 기대할 수 있다.
또한, 진공단열패널은 밀도가 약 150~300kg/m3 로서 다른 단열재보다 압축하중에 상당히 강한 특성을 가지므로 본 발명에 가장 적합하게 사용될 수 있는 단열재라 할 수 있다.
본 실시예에서 진공단열재(150)는 두께가 대략 20~50mm, 보다 바람직하게는 25~35mm로 형성될 수 있으며, 진공단열재(150)가 30mm의 두께로 형성될 때 단열구조재(100)의 전체 두께는 대략 60mm로 형성될 수 있다.
본 발명이 상기에 기재된 수치에 제한되거나 한정되는 것은 아니지만, 코어층(140)의 경우에는 상층과 하층의 폴리머 두께가 일정 수준 이상이 되어야 구조적인 특성을 가질 수 있다. 폴리머의 두께가 일정 수준 이하로 형성될 경우, 전체 코어의 물리적 특성이 지나치게 연약해져 일체 종합거동(복합 소재의 구조 특성에서 매우 중요함)이 구현되지 않을 수 있기 때문이다. 따라서, 코어층(140)의 상층 및 하층 폴리머의 두께가 최소 5mm 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 코어층(140)의 상층 및 하층 폴리머란 진공단열재(150)와 상부판(120) 및 하부판(110) 사이에 형성되는 코어층(140) 부분을 각각 의미하는 것이다.
진공단열재(150)는 단열층으로서 기능하는 코어층(140)의 내부에 삽입 배치될 수 있다. 이는 코어층(140)보다 단열성능이 더 우수한 진공단열재(150)를 중간에 개재함으로써 단열구조재(100)의 단열성능을 높이고 전체 두께를 감소시키기 위함이다.
진공단열재(150)가 코어층(140) 내부에 배치되는 구조를 구현하기 위하여, 하부판(110)과 진공단열재(150) 사이 그리고 진공단열재(150)와 상부판(120) 사이에는 다수의 스페이서(spacer)(미도시)가 간격을 두고 배치될 수 있으며, 스페이서에 의해 형성되는 공간 내에 액상 폴리머를 주입하여 경화시키는 방식으로 코어층(140)이 형성될 수 있다. 즉, 스페이서는 코어층(140)을 구성하는 액상 폴리머가 주입되기 전에 진공단열재(150)를 일정 레벨에 위치시키고, 하부판(110)과 상부판(120) 사이의 간격을 유지하기 위한 목적으로 설치될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 진공단열재(150)가 하부판(110) 및 상부판(120)에 직접 접착되는 경우라면 스페이서의 구성은 생략될 수 있음은 물론이다.
폴리머로 구성되는 코어층(140)은 주입 후 경화되는 과정에서 단열구조재(100)의 내부 공간에 기밀하게 접착될 수 있다. 여기서 단열구조재(100)의 테두리부에 배치되는 비금속부(131)의 하단 및 상단부가 각각 하부판(110) 및 상부판(120)에 접착되어 기밀하게 연결되어 있으므로, 코어층(140)을 형성하기 위해 주입되는 액상 폴리머가 새어 나오는 것을 방지할 수 있다.
또한, 연결부(30; 도 1-2 참조)가 단열구조재의 두께방향을 따라 복수의 층으로 분할되어 있던 종래기술과는 달리, 본 실시예에서 연결부(130)의 1차 구성인 비금속부(131)는 하부판(110)으로부터 상부판(120)에 이르는 간격 내에서 전체 높이에 걸쳐 배치되므로, 단열구조재(100)의 두께방향을 따라서는 부재간 이음부가 발생하지 않아 액상 폴리머가 새어 나올 우려가 크지 않다.
특히 코어층(140)으로서 '비발포성 폴리머'를 이용하는 경우에는 다음과 같은 장점이 있다. 우선 비발포성 폴리머는 내부에 공기를 포함하지 않는 조밀한 구조를 가지므로 단열구조재(100)의 내부 공간에 빈틈 없이 기밀하게 채워질 수 있다. 그리고 비발포성 폴리머는 자체적으로 접착력을 가지고 있어 별도의 접착제를 사용하지 않더라도 하부판(110), 상부판(120) 및 연결부(130)와 견고하게 결합될 수 있으며, 발포성 폴리머를 포함하는 여타 단열재들에 비해 경화 후 구조적 강도가 우수하다. 따라서 비발포성 폴리머로 형성되는 코어층(140)은 하부판(110) 및 상부판(120)과 함께 단열구조재(100)의 구조재로서 기능할 수 있다.
본 실시예에서 코어층(140)과 하부판(110) 및 상부판(120) 사이의 접합강도는 적어도 3MPa 이상으로 형성될 수 있다. 코어층(140)과 비금속부(131) 사이의 접합강도는 적어도 4MPa 이상으로 형성될 수 있음은 전술한 바 있다.
코어층(140)의 기밀 접합에 의하여 하부판(110), 상부판(120), 연결부(130) 및 코어층(140)은 상호간에 견고하게 결합될 수 있으며, 따라서 단열구조재(100)는 복합 하중에 대하여 단일 구성체와 유사하게 거동할 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 단열구조재(100)는 코어층(140)의 주입 및 경화 과정에서 코어층(140)을 형성하는 폴리머(보다 바람직하게는 비발포성 폴리머)의 자체 접착력에 의해 구조적 강성이 더욱 견고하게 형성될 수 있으며, 이는 구조재로서의 성능이 매우 뛰어나다는 것을 의미한다.
또한, 코어층(140)은 주입되는 과정에서 진공단열재(150)의 주위를 균일하게 감싸도록 형성되어 진공단열재(150)를 기밀하게 보호하는 역할을 할 수 있다.
일반적으로 진공단열재(150)는 외부 피복재에 미세한 크랙(crack)이 발생하거나 찢어지면 단열성능이 현저히 떨어지기에 외부 충격 및 스크래치에 취약하고, 시간이 지나면 조금씩 외부 공기나 습기가 내부로 침투하여 단열성능이 점차 떨어진다는 단점을 가지고 있다.
그러나 본 실시예에 따른 단열구조재(100)는 내부 공간에 주입 후 경화되는 액상 폴리머에 의해 진공단열재(150)의 주위에 견고하고 기밀한 구조가 형성될 수 있다. 특히, 비발포성 폴리머는 통상 600~1200kg/m3 수준의 상당한 고밀도 특성을 가지고 탄성계수가 200MPa 이상으로 충격에 강한 특성을 가진다. 따라서 코어층(140)으로서 비발포성 폴리머를 이용하는 경우, 단열구조재(100)에 가해지는 외부 충격이 코어층(140)에 의해 용이하게 흡수되어 단열구조재(100) 내측에 배치되는 진공단열재(150)가 외부 충격으로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
또한, 비발포성 폴리머의 조밀한 구조로 인하여 진공단열재(150) 주변에 완벽한 기밀의 구현이 가능하고, 진공단열재(150)로의 가스의 출입이 보다 완벽하게 차단됨에 따라 진공단열재(150)의 수명을 거의 반영구적으로 사용하는 것이 가능하게 된다.
한편, 코어층(140)이 일정 두께 이상으로 형성되는 경우, 도 9에 도시된 바와 같이 다수의 내부형상체(141)가 일정한 간격으로 코어층(140)의 내부에 삽입 배치될 수 있다.
본 실시예에서 코어층(140)의 내부에 내부형상체(141)를 삽입 배치하는 목적은, 첫째로 단열구조재(100)의 전체 중량을 감소시키기 위함이고, 둘째로는 폴리머로 구성되는 코어층(140)을 보완하여 단열구조재(100)의 내화 성능을 높이기 위함이다.
따라서, 내부형상체(141)는 코어층(140)을 구성하는 폴리머보다는 가볍고 내화성이 높은 소재가 이용될 수 있으며, 바람직하게는 P-폼, 글라스울 및 미네랄울 중 어느 하나가 내부형상체(141)의 소재로서 이용될 수 있다.
내부형상체(141)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 단면이 원형인 구 형태 또는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 단면이 사각형인 육면체 형태로 제작되어 코어층(140)의 형성 과정에서 내부에 삽입 배치될 수 있다.
이상에서 설명한 코어층(140) 내부에 내부형상체(141)가 삽입 배치되는 기술적 구성은 후술되는 제2 및 제3 실시예에도 동일하게 적용될 수 있음을 미리 밝힌다.
이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열구조재(100)의 연결 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 단열구조재(100)는 금속부(132)를 포함하는 하단 가장자리가 용접 또는 볼팅 체결에 의해 하부구조물(1)에 연결 및 고정될 수 있다. 여기서 하부구조물(1)은 H-빔(H-beam)이나 거더(Girder) 등의 건축물의 골조를 이루는 지지구조물일 수 있다.
참고로 도면에는 하부구조물(1)의 단면이 '工' 형상인 것으로 도시되어 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 건축물의 골조를 이루는 구조물이라면 어떠한 형상을 가지더라도 무방하다. 또한, 전술한 바와 같이 여기에서 사용된 '하부'라는 용어는 도면에 도시된 바를 기준으로 부여된 것이지, 그 방향이 반드시 중력에 대한 하방을 의미하는 것은 아니다. 만약 본 실시예가 건축물의 천장에 시공되는 경우라면 하부구조물(1)이 '상부'구조물 또는 '천장'구조물로 지칭될 수도 있고, 그러한 지지구조물이 단열구조재(100)의 상측에 배치될 수도 있는 것이다.
도 6에는 설명의 편의를 위하여 단열구조재(100)가 하부구조물(1)에 용접되는 구조와 볼팅 체결되는 구조를 모두 도시하여 놓았으나, 단열구조재(100)는 하부구조물(1) 상에 용접 또는 볼팅 체결 방식 중 어느 하나를 선택적으로 이용하여 연결되거나 혹은 두 가지 방식을 병행하여 연결되는 것도 물론 가능하다.
먼저 단열구조재(100)가 '용접'에 의해 하부구조물(1)에 연결되는 경우에 대하여 설명하면, 단열구조재(100)는 하부판(110)의 끝단부가 하부구조물(1)의 상면과 맞닿는 부분(W1) 또는 하부구조물(1)의 끝단부가 하부판(110)의 하면과 맞닿는 부분(W2)이 용접에 의해 접합될 수 있다. 실제로는 하부구조물(1)이 설치되는 위치에서의 용접이 어려운 특성상 'W1'로 표시된 부분, 즉 서로 이웃하는 단열구조재(100)가 서로 마주하는 내측 부위에서 용접이 이루어질 가능성이 크지만, 이러한 위치적 제한이 없다면 'W2'로 표시된 부분이 용접될 수도 있고 또는 두 부위(W1, W2)가 모두 용접되는 것도 가능하다.
단열구조재(100)가 '볼팅 체결'에 의해 하부구조물(1)에 연결되는 경우에는, 볼트(B)가 금속부(132) 및 하부판(110)의 가장자리 부위를 동시에 관통하여 하부구조물(1) 상에 체결됨으로써 기계적으로 결합이 이루어질 수 있다.
다만, 본 발명이 방수가 요구되는 건축물에 적용되기 위해 제안되는 것이라는 점을 고려하였을 때, 단열구조재(100)와 하부구조물(1)을 용접 방식으로 연결하는 것이 기밀성의 측면에서 더 좋으며, 볼팅 체결시에도 적어도 일측 부위를 용접하여 밀봉을 함께 형성하는 것이 좋을 수 있다.
그러나, 후술하겠지만 서로 이웃하는 단열구조재(100) 사이의 이음부에 폴리머가 충전되어 마감되므로, 본 실시예에 따른 단열구조재(100)가 볼팅 체결 방식으로 하부구조물(1)에 연결된다 하더라도 결코 기밀성이 떨어지는 것은 아니며, 종래기술과 대비하여서는 현저히 향상된 기밀성을 확보하는 것이 가능하다.
한편, 본 실시예의 금속부(132)는 종래 대비 폭이 감소될 수 있으며 이는 금속부(132)가 하부구조물(1)과의 연결을 위한 구조적인 기능을 주로 하기 때문이라는 점을 앞에서 설명한 바 있다. 도 5 및 도 6에는 설명의 편의를 위하여 금속부(132)의 폭을 다소 두껍게 도시하였으나, 금속부(132)는 하부구조물(1)과의 연결을 위하여 볼트(B)가 체결될 수 있는 정도의 폭을 가지면 충분하고, 만약 단열구조재(100)가 용접에 의해 하부구조물(1)과 연결되는 경우에는 그 폭이 더욱 감소될 수도 있을 것이다.
하부구조물(1) 상에 단열구조재(100)를 연결 및 고정시키는 작업이 완료되면, 서로 이웃하는 단열구조재(100) 사이에 연결판(C)을 덮어 임시 마감한다. 이때 '임시'라는 용어를 사용한 것은 아직 단열구조재(100) 간의 연결이 완벽하게 완료되지 않았음을 의미하는 것이지 이후에 제거된다거나 하는 의미는 아니다.
연결판(C)은 끝단 가장자리가 상부판(110)의 가장자리 일부를 덮도록 배치되며, 연결판(C)의 끝단 가장자리와 상부판(110)의 상면이 맞닿는 부분(W3)이 용접에 의해 접합될 수 있다.
상기한 일련의 과정에 따라 단열구조재(100)의 상/하단부의 연결 및 고정이 완료되면, 마지막으로 서로 이웃하는 단열구조재(100) 및 연결판(C)에 의해 형성되는 공간(S) 내부에 마감재를 채워 마감한다. 이때 마감재로는 코어층(140)을 구성하는 소재와 동일하게 폴리머가 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 비발포성 폴리머가 사용될 수 있다.
즉, 코어층(140)의 형성 방법과 유사하게 서로 이웃하는 단열구조재(100) 사이의 공간(S)에 액상의 비발포성 폴리머를 주입하여 경화시키는 방식으로 마감이 이루어질 수 있으며, 해당 공간(S)에 주입된 비발포성 폴리머는 경화되는 과정에서 내부 공간에 기밀하게 접착될 수 있다.
전술한 바와 같이 비발포성 폴리머는 조밀한 구조로서 기밀성이 뛰어나고, 자체 접착력을 가지며, 경화 후 구조적 강도가 우수할 뿐만 아니라 어느 정도 단열성능도 가지고 있기 때문에, 본 실시예에서 서로 이웃하는 단열구조재(100) 사이의 이음부를 마감하는 소재로서 아주 바람직하게 적용될 수 있다.
서로 이웃하는 단열구조재(100) 사이로 주입 후 경화되는 마감재(폴리머)에 의하여 서로 이웃하는 단열구조재(100)의 이음부가 기밀하게 연결될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 단열구조재(100)를 연결하는 작업이 반드시 용접 방식으로 수행되지 않는다 하더라도 이음부에 충전되는 마감재(폴리머)에 의하여 단열구조재(100) 사이의 이음부에서 충분한 기밀성이 확보될 수 있으며, 따라서 복수의 단열구조재(100)의 연결에 의해 구축되는 전체 단열구조물이 우수한 방수성을 가질 수 있게 된다.
또한, 해당 공간(S)에 마감재로서 주입된 액상 폴리머는 비금속부(131)와 금속부(132) 사이에도 미세하게 흘러들어가 접착제로서 작용할 수 있으며, 따라서 본 실시예에 따른 단열구조재(100)가 전체적으로 견고하게 결합되는 데에 도움을 줄 수도 있다.
한편, 본 실시예에서 마감재의 소재가 반드시 폴리머로 한정되는 것은 아니며, 단열성능을 가지면서 기밀성을 확보할 수 있는 것이라면 어떠한 소재라도 마감재로 이용될 수 있다. 이때 자체적으로 접착성을 가지는 것이라면 더더욱 좋다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재(200)는, 금속 재질의 하부판(210); 하부판(210)과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판(220); 하부판(210)과 상부판(220) 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부(230); 하부판(210)과 상부판(220) 및 연결부(230)가 이루는 공간 내에 채워지는 코어층(240); 및 코어층(240) 내부에 배치되는 진공단열재(250)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재(200)는 테두리부의 구조에서 전술한 제1 실시예와 다소 차이가 있으며, 이하에서는 이러한 차이점에 대하여 중점적으로 설명한다. 여기에서 구체적으로 설명되지 않는 나머지 구성들은 전술한 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다.
전술한 제1 실시예와는 달리, 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재(200)는 연결부(230)가 비금속 소재로만 구성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 실시예는 제1 실시예의 금속부(132, 도 5-6 참조)에 해당하는 구성을 포함하지 않으며, 연결부(230) 자체를 '비금속부'로 볼 수 있다.
대신, 본 실시예에서 연결부(230)는 내부에 볼트(B)와 같은 체결부재가 관통 삽입될 수 있도록 단열구조재(200)의 두께방향을 따라 중공으로 형성되는 중공부(231, 232)를 포함할 수 있다.
여기서 체결부재는 볼트(bolt) 또는 리벳(rivet)과 같이 대상물을 기계적으로 체결시키는 부재일 수 있으며, 또는 그 외에 연결부(230)를 관통하여 단열구조재(200)를 하부구조물(1) 상에 용이하게 고정시킬 수 있는 부재라면 어떠한 것이라도 가능하다. 이하에서는 체결부재로서 볼트(B)가 사용되는 것을 예로 들어 설명을 이어 나간다.
중공부(231, 232)는 볼트(B)의 바디 부분이 관통되는 바디관통부(231)와 볼트(B)의 헤드 부분을 수용하는 헤드수용부(232)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예로서, 바디관통부(231) 및 헤드수용부(232)는 모두 단면이 원형인 원기둥 형태의 중공 공간으로 마련될 수 있으며, 헤드수용부(232)의 직경이 바디관통부(231)의 직경 대비 더 크게 형성될 수 있다.
헤드수용부(232)에 수용되는 볼트(B)의 헤드 부분은 직경이 축소되는 바디관통부(231)의 입구 부분에 의해 걸림 지지될 수 있다. 또한, 헤드수용부(232)의 바닥면과 볼트(B)의 헤드 사이에 와셔(washer) 또는 도넛 형상의 단면을 가지는 원판 플레이트를 개재함으로써 압축 하중을 분산시키고 단열구조재(200)가 보다 안정적으로 고정 및 지지되도록 할 수도 있다.
하부판(210)의 가장자리 부위에는 볼트(B)가 관통될 수 있도록 바디관통부(231)에 대응되는 위치에 하부관통홀(211)이 형성될 수 있으며, 상부판(220)의 가장자리에는 볼트(B)가 삽입될 수 있도록 헤드수용부(232)에 대응되는 위치에 상부관통홀(221)이 형성될 수 있다. 하부관통홀(211)의 직경은 바디관통부(231)와 동일하게 형성될 수 있으며, 상부관통홀(221)의 직경은 헤드수용부(232)와 동일하게 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 연결부(230)의 구조가 다소 변경되었다고는 하나, 연결부(230)의 하단 및 상단부가 하부판(210) 및 상부판(220)에 각각 접착에 의해 연결되거나, 연결부(230)와 코어층(240)이 상호 접착되는 내용은 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. 연결부(230)와 코어층(240) 간의 접합강도를 적어도 4MPa 이상으로 형성할 수 있음도 마찬가지이다.
또한, 본 실시예에 의하더라도 비금속 구성인 연결부(230)가 하부판(210)과 상부판(220) 사이의 전체 높이에 걸쳐 배치되므로, 전술한 제1 실시예에서 설명한 것과 동일한 기술적 효과를 그대로 가질 수 있음은 당연하다.
다만, 본 실시예에서는 연결부(230)가 단열구조재(200)와 하부구조물(1) 간을 서로 고정시키는 고정점으로 작용하여 하중을 받게 되고, 볼트가 껄떡거리면서 발생하는 마모에 의하여 볼트의 체결이 헐거워질 수 있으므로, 연결부(230)를 구성하는 비금속 소재로서 다소 강도가 있는 것을 사용하는 것이 바람직하며, 그 예로 섬유강화 플라스틱(Fiber Reinforced Plastics, FRP)이나 PEEK(Poly Ether Ether Ketone) 등의 고성능 폴리머를 들 수 있겠다. 또한, 전술한 바와 같이, 연결부(230)는 코어층(240)과의 접착력을 위하여 PET, PVC, 에폭시 등의 폴리머로 감싸여진 구조를 가질 수 있다.
이하에서는 도 11을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열구조재(200)의 연결 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 단열구조재(200)는 연결부(230)가 별도의 금속층을 포함하지 않는 단일의 비금속 소재로 구성되고, 볼트(B)가 상부판(220), 연결부(230) 및 하부판(210)을 순차적으로 관통하여 하부구조물(1) 상에 체결된다.
즉, 본 실시예는 단열구조재(200)의 테두리부를 구성하는 연결부(230)에 자체적으로 볼트(B)를 수용할 수 있는 구조를 마련함으로써, 연결부(230)에서 제1 실시예의 금속부(132, 도 5-6 참조)와 같은 부재를 생략하는 것이 가능하게끔 하는 것이다.
본 실시예에 따른 단열구조재(200)를 하부구조물(1) 상에 연결 및 고정시키는 과정에 대하여 구체적으로 살펴보면, 먼저 단열구조재(200)를 하부구조물(1) 상에 거치시킨 상태에서 단열구조재(200)의 테두리부인 연결부(230)가 볼트(B)의 결합에 의해 하부구조물(1) 상에 고정될 수 있다.
보다 구체적으로는, 볼트(B)의 하단부가 단열구조재(200) 상에 미리 형성되어 있는 상부관통홀(221)과 중공부(232, 231) 및 하부관통홀(211)을 순차적으로 관통하여 하부구조물(1) 상에 체결되고, 볼트(B)의 상단부인 헤드가 헤드수용부(232) 내에서 바디관통부(231)의 입구에 형성되는 단차턱에 걸림 지지되는 것에 의해, 하부구조물(1) 상에 단열구조재(200)의 고정이 이루어질 수 있다.
볼트(B)의 헤드를 수용하고 남은 헤드수용부(232)의 빈 공간(E)에는 페놀폼(Phenol Foam), 글라스울, 에어로젤, EPS(Expanded Poly Styrene), XPS(eXtruded Poly Strene) 등의 유기 및 무기 단열재가 충진되어 해당 공간에 대한 단열 기능을 수행할 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에 따른 단열구조재(200)는 연결부(230)를 통하여 하부구조물(1) 상에 볼팅 체결될 수 있는데, 이때 체결력의 보완 또는 완벽한 기밀성을 형성하기 위한 목적으로 'W1'로 표시된 부분 및 'W2'로 표시된 부분 중 적어도 어느 한 부위를 용접하여 밀봉을 함께 형성하는 것도 좋다.
하부구조물(1) 상에 단열구조재(200)의 연결 및 고정이 완료되면, 서로 이웃하는 단열구조재(200) 사이에 연결판(C)을 설치하여 연결하고, 서로 이웃하는 단열구조재(200) 및 연결판(C)에 의해 형성되는 공간(S) 내부에 마감재(예컨대, 폴리머)를 채워 마감함으로써 설치 공정을 완료한다. 연결판(C)을 설치하는 과정부터는 제1 실시예와 동일하게 진행될 수 있으니 전술한 실시예를 참조하기 바란다. 다만 본 실시예에서는 연결판(C)이 상부판(220)에 형성된 상부관통홀(221)을 덮도록 배치되는 것이 단열 측면에서 바람직할 것이다.
본 발명의 제2 실시예의 장점은 단열구조재(200)의 측부에 단차진 구조를 회피할 수 있다는 것이다. 즉, 본 실시예에 따른 단열구조재(200)는 제1 실시예의 금속부(132)와 같이 측부에 돌출된 구조를 가지지 않을 수 있고, 이는 서로 이웃하는 단열구조재(200)를 보다 더 인접하게(가깝게) 배치할 수 있음을 의미한다.
본 실시예에서 비금속 소재로 구성되는 연결부(230)는 내부에 볼트(B)를 수용하기 위한 구조가 형성되기에 제1 실시예의 비금속부(131)와 대비하여서는 보다 큰 폭으로 제작되어야 하겠지만, 측부에 제1 실시예의 금속부(132)와 같은 부재를 삭제하는 것이 가능하므로, 복수의 단열구조재(200)가 연달아 배치되는 전체 구조로 보았을 때에는 내측에 배치되는 진공단열재(250)의 배치 공간에 있어 불리함이 전혀 없고, 오히려 복수의 단열구조재(200)로 구성되는 단열구조물의 전체 면적에 대해서는 진공단열재(250)를 더 촘촘히 배치하는 것이 가능할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면 서로 이웃하는 단열구조재(200) 간의 간격을 보다 좁게 배치하는 것이 가능함에 따라 단열구조재(200) 간의 이음부를 더 기밀하게 연결할 수 있고, 이웃하는 단열구조재(200) 사이의 이음부 마감을 위해 필요한 마감재의 물량을 감소시키는 부가적인 효과도 가질 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재를 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재의 연결 구조를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재(300)는, 금속 재질의 하부판(310); 하부판(310)과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판(320); 하부판(310)과 상부판(320) 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부(330); 하부판(310)과 상부판(320) 및 연결부(330)가 이루는 공간 내에 채워지는 코어층(340); 및 코어층(340) 내부에 배치되는 진공단열재(350)를 포함할 수 있다.
앞에서와 마찬가지로 본 실시예는 전술한 실시예들에 대한 차이점을 위주로 설명될 것이며, 여기에서 설명되지 않는 나머지 구성들은 전술한 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다.
제2 실시예와 유사하게, 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재(300)는 연결부(330)가 비금속 소재로만 구성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 실시예도 제1 실시예의 금속부(132, 도 5-6 참조)에 해당하는 구성을 포함하지 않으며, 연결부(330) 자체를 '비금속부'로 볼 수 있다.
다만, 제3 실시예에 따른 단열구조재(300)는 연결부(330) 내부에 별도의 체결 구조를 포함하지는 않는다는 점에서 제2 실시예와 차이가 있다. 다시 말해, 본 실시예에 따른 단열구조재(300)에서 연결부(330)는 내부에 별도의 구조 형성 없이 하부판(310)으로부터 상부판(320)에 이르는 전체 높이에 대응되도록 단일의 비금속 소재로 구성되는 것이다.
이러한 본 실시예의 구조에 따르면, 사실상 단열구조재(300)의 하부판(310)을 하부구조물(1) 상에 볼팅 체결하는 것이 어렵고, 하부판(310)을 하부구조물(1)에 용접하는 경우에는 그 상측에 위치하는 연결부(330)가 용접열이나 용접불꽃에 의하여 손상을 입을 것이 우려될 수 있다.
따라서 상기의 문제점을 해결하면서 연결부(330)를 단일의 비금속 소재로 구성하는 것이 가능하도록 하기 위하여, 본 실시예에 따른 단열구조재(300)는 하부판(310)의 가장자리 하단부에 고정 설치되어 하부구조물(1)과 체결되는 체결가이드부(360)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도시된 바와 같이, 체결가이드부(360)는 대략 'ㄱ'자 형태의 단면 형상을 가지며, 하부구조물(1)과의 체결 부위를 제공하도록 단열구조재(300)의 하측 가장자리를 따라 설치될 수 있다.
이때 주의할 점은 본 실시예에 따른 단열구조재(300)의 제작시 하부판(310)과 체결가이드부(360)를 서로 결합하는 작업이 가장 먼저 선행된다는 것이다. 즉, 본 실시예에서 체결가이드부(360)는 단열구조재(300)를 이루는 다른 구성들(320, 330, 340, 350 등)이 하부판(310)과 결합을 이루기 전에 가장 먼저 결합된다.
구체적으로, 본 실시예에서 체결가이드부(360)는 하부판(310)과 맞닿는 부위(W4)가 용접에 의해 접합되고, 체결가이드부(360)가 접합된 이후에 하부판(310) 위에 연결부(330), 스페이서(미도시), 진공단열재(150) 및 상부판(120)을 배치하는 작업, 단열구조재(300)의 내부 공간에 폴리머를 주입하여 코어층(140)을 형성하는 작업 등이 수행될 수 있다.
즉, 본 실시예에서 체결가이드부(360)는 단열구조재(300)를 하부구조물(1) 상에 고정시키기 위한 별도의 체결구 또는 결합구로서 제공되는 것이 아니라, 제작이 완료된 단열구조재(300)의 일 구성요소로서 포함되는 것이다.
체결가이드부(360)는 단열구조재(300)의 설치시 끼움 결합, 볼팅 결합 혹은 그 외의 다양한 방식을 통해 하부구조물(1) 상에 체결될 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 단열구조재(300)의 하측 단부에 단면이 'ㄱ'자 형태인 체결가이드부(360)가 설치되고, 이러한 체결가이드부(360)가 하부구조물(1) 사이에 형성된 틈새에 끼워진 후 핀(P)과 같은 체결부재에 의해 체결되는 것이 실시예로 제시되어 있다.
다만, 본 실시예가 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예에서 체결가이드부(360)는 하부구조물(1)과의 결합 부위를 용이하게 제공하는 형태라면 어떠한 형태로도 변형될 수 있으며, 예컨대 단면 형상이 'ㄱ'자가 아니라 '一'자를 가지는 단순 평판 형태로 제공되는 것도 가능하다.
또한, 체결가이드부(360)를 하부구조물(1)에 체결하는 체결부재로는 핀(P) 이외에도 볼트나 리벳 또는 스테이플(staple)과 같은 다양한 부재가 사용될 수 있다. 대안적으로 기계적 체결 방식을 이용하지 않고 체결가이드부(360)를 하부구조물(1)에 직접 용접하거나 또는 끼움 결합만 적용하여 고정시킬 수도 있다. 즉, 끼움 결합과 기계적 체결 방식 및 용접 방식 중 어느 하나의 방식을 선택적으로 적용하거나 혹은 어느 두 가지 이상의 방식을 혼용하여 적용하는 것도 가능하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예는 체결가이드부(360)가 하부구조물(1)에 결합되는 구조상에 특징이 있는 것이라기보다는(결합 구조는 다양하게 변형될 수 있음), 체결가이드부(360)가 단열구조재(300)에 일체로 포함되는 구성이라는 점 그리고 단열구조재(300)의 제작시 체결가이드부(360)의 결합이 가장 먼저 선행된다는 점에 특징이 있다고 할 수 있다.
이하에서는 도 13을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재(300)의 연결 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 단열구조재(300)는 체결가이드부(360)가 일체로 포함된 상태로 제작되고, 체결가이드부(360)를 이용하여 하부구조물(1) 상에 고정이 이루어질 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 단열구조재(300)는 체결가이드부(360)를 매개로 하여 하부구조물(1) 상에 연결 및 고정될 수 있으며, 이때 체결가이드부(360)는 끼움 결합, 볼팅 결합, 용접 등 다양한 방식을 이용하여 하부구조물(1)에 고정될 수 있다.
하부구조물(1) 상에 단열구조재(300)의 연결 및 고정이 완료된 이후에는, 전술한 실시예들과 마찬가지로 서로 이웃하는 단열구조재(300) 사이에 연결판(C)을 설치하여 연결하고, 서로 이웃하는 단열구조재(300) 및 연결판(C)에 의해 형성되는 공간(S) 내부에 마감재(예컨대, 폴리머)를 채워 마감함으로써 설치 공정을 완료한다.
본 발명의 제3 실시예의 장점은, 단열구조재(300)의 테두리부를 구성하는 연결부(330)가 별도의 가공 없이 단일의 비금속 소재로만 구성된다는 점에서, 단열구조재(300)의 테두리부에서 열교현상을 방지할 수 있는 가장 이상적인 구조라는 것이다.
도면에는 연결부(300)의 폭을 다소 두껍게 표현하였지만, 연결부(300)는 하부판(310) 및 상부판(320) 사이를 기밀하게 연결하면서 단열구조재(300)의 테두리부로서 구조적인 기능을 할 수 있는 정도의 폭으로 형성되면 충분하다.
또한, 도 7에 도시된 제1 실시예의 변형예에서와 유사하게, 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열구조재(300)의 연결부(330)도 단면이 'ㄷ'자 형상을 가지도록 형태가 변형될 수도 있다. 이 경우 연결부(330)와 코어층(340) 간의 그리고 연결부(330)와 상/하부판(320, 310) 간의 강한 접합력을 부여받을 수 있으므로 연결부(330)의 폭을 더 감소시킬 수 있으며, 따라서 단열구조재(300)의 내측에 진공단열재(350)의 배치 공간을 최대로 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 따른 단열구조재(300)는 체결가이드부(360)를 제외한 나머지 구성들의 결합 구조가 가장 단순하며, 체결가이드부(360)는 하부판(310)에 단순 용접을 통해 연결되는 부재이므로 설계 변경이 용이하다.
본 실시예에서 체결가이드부(360)는 다양한 형태를 가질 수 있으며, 용접을 위한 평평한 부위만 가지면 하부판(310)과 쉽게 결합될 수 있다. 따라서 건축물에 이미 설치되어 있는 하부구조물(1)의 형태에 대응되도록 체결가이드부(360)를 설계하고 이를 포함하도록 단열구조재(300)를 제작할 수 있으므로, 본 실시예는 건축물의 기존 구조에 구애받지 않고 유연한 적용이 가능하다는 장점이 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 단열구조재(100/200/300)가 용접 방식으로 연결될 때 바람직하게는 레이저 용접(Laser welding)이 적용될 수 있다. 여기서 단열구조재(100/200/300)가 '연결'된다고 하는 것은, 하부구조물(1)에 연결되거나 연결판(C)을 매개로 서로 이웃하는 구성끼리 상호 연결되는 경우를 모두 포함하는 의미일 수 있다.
전술한 바와 같이 볼팅 체결 방식보다는 용접 방식을 적용하는 경우에 단열구조재(100/200/300) 사이의 이음부를 보다 기밀하게 연결할 수 있으며, 따라서 서로 이웃하는 단열구조재(100/200/300) 사이의 이음부를 통한 누수, 결로 현상 등을 확실하게 방지할 수 있다.
이러한 장점에도 불구하고 종래에는 용접 연결 방식을 잘 사용하지 않았는데, 그 이유는 일반적으로 CO2 용접은 시간이 상당히 소요되기 때문에 오랫동안 지속되는 용접시 발생하는 용접열 및 용접불꽃에 의하여 내부 단열재가 타고, 그로 인해 열변형(구멍 등)이 발생하는 등의 또 다른 문제점을 낳았기 때문이다.
이러한 용접의 문제점을 방지하기 위해서는 외판의 두께를 두껍게 제작해야 하는 것이 불가피한데, 이는 단열구조재의 중량 및 제작 비용을 증가시키는 결과를 초래할 뿐만 아니라 두꺼운 용접 두께로 인하여 히트 싱크(heat sink)를 필요로 하게 되므로, 종래에는 단열구조재를 연결함에 있어서 용접 방식을 선호하지 않았던 것이다.
특히 본 발명과 같이 내부 코어에 진공단열패널을 포함하고 있는 단열구조재의 경우에는, 진공단열패널의 외피가 손상되는 경우 단열성능이 거의 제로에 가까운 수준으로 떨어진다는 취약점을 가지고 있기 때문에, 더더욱 용접에 의한 연결 방식을 꺼려하고 있다.
이에 본 발명은 레이저 용접 방식의 도입과 더불어 레이저 용접에 의해 발생할 수 있는 문제점들을 효과적으로 보완할 수 있는 구조적 장치를 제공함으로써, 기존에 용접의 적용이 어려웠던 원인들을 근본적으로 해결하고, 본 발명에 따른 단열구조재(100/200/300)에 대하여 용접을 통한 기밀한 연결의 구현이 가능하게끔 하고자 한다.
우선, 본 발명에서 적용하고자 하는 레이저 용접은 용접 속도가 빠르고 용접열이 크게 발생하지 않아 단열구조재(100/200/300)의 내부 코어에 주는 영향을 상당히 최소화될 수 있다.
더 나아가 본 발명은 단열구조재(100/200/300)를 구성하는 외판, 즉 하부판(110/210/320)과 상부판(120/220/320)에 두께에 대한 제한을 두어 레이저 용접이 일정 수준 이상의 속도로 빠르게 수행될 수 있도록 하고, 이를 통하여 레이저 용접시 발생하는 용접열 및 용접불꽃의 발생 정도가 일정 수준 이하로 유지될 수 있도록 한다.
다시 말해, 본 발명은 단열구조재(100/200/300)에서 용접이 수행되는 외판의 두께에 대한 제한을 두어 레이저 용접의 속도가 일정 구간 내에서 형성될 수 있도록 하고, 이로써 레이저 용접시 발생하는 용접열 및 용접불꽃의 발생 정도를 일정 수준 이하로 유지시키는 것이다.
구체적으로 본 발명에서 단열구조재(100/200/300)의 하부판(110/210/320) 및 상부판(120/220/320)의 두께는 6mm 이하로 형성될 수 있으며, 6mm 이하의 두께에 대하여 레이저 용접이 일정 속도 이상으로 빠르게 수행될 수 있다.
하부판(110/210/310) 및 상부판(120/220/320)의 바람직한 두께는 1~6mm로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 하부판(110/210/310) 및 상부판(120/220/320)의 두께가 2~4mm로 형성될 때에 레이저 용접이 가장 최적화된 속도로 수행될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 단열구조재(100/200/300)의 외판 두께를 6mm 이하, 보다 바람직하데는 2~4mm와 같이 얇게 설계할 수 있는 이유는, 전술한 바와 같이 본 발명에서 단열구조재(100/200/300)의 상/하부판 사이에 형성되는 코어층(140/240/340)이 폴리머(보다 바람직하게는 비발포성 폴리머)로 구성되는 경우 단열구조재(100/200/300)의 전체적인 구조적 성능이 향상되고, 폴리머의 자체 접착력에 의하여 코어층(140/240/340)과 하부판(110/210/310) 및 상부판(120/220/320)이 일체로 접착되어 하나의 구성처럼 단일 거동이 가능해지기 때문이다.
한편, 용접열의 발생이 적은 레이저 용접의 경우에도 용접불꽃은 발생하게 되는데, 본 발명은 내부 코어에 진공단열재(150/250/350)를 포함하고 있는 특성상 이러한 용접불꽃이 진공단열재(150/250/350) 측으로 접근하는 것을 차단할 필요성이 아주 중요하게 요구될 수 있다.
그런데, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 단열구조재(100/200/300)는 테두리부에 배치되는 연결부(130/230/330)의 비금속 소재(이하 '비금속부'라고 통칭하여 설명함)가 단열구조재(100/200/300)의 측부에 상/하부판을 제외한 전체 두께에 걸쳐 배치되고 있기 때문에, 단열구조재(100/200/300)의 테두리 주변 구역에서 용접이 수행되더라도 용접불꽃이 단열구조재(100/200/300)의 내측으로 침투되기 힘든 구조를 가지게 된다.
또한, 도 6에 도시된 본 발명의 제1 실시예의 경우에는 단열구조재(100)의 가장자리 하단부에 금속부(132)가 더 배치되는 구조로서, 단열구조재(100)의 하부판(110)과 하부구조물(1)이 'W1'로 표시된 부위에서 용접되더라도 이때 발생하는 용접열 및 용접불꽃이 금속부(132) 및 비금속부(131)에 의해 이중으로 차단되는 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 단열구조재(100/200/300)가 'W2' 또는 'W3'으로 표시된 부위에서 용접되는 경우(도 6, 10 및 12 참조)에는, 단열구조재(100)의 하부판(110/210/310)의 하면 또는 상부판(210/220/320)의 상면 상에 용접점이 형성되므로, 단열구조재(100/200/300)의 내측으로 용접불꽃이 침투될 우려가 없다.
한편, 본 발명에 따른 단열구조재(100/200/300)는 필요에 따라 연결부(130/230/330)의 외측면에 부착되어 용접(특히 레이저 용접)시 발생하는 용접열 및 용접불꽃으로부터 단열구조재(100/200/300)의 측부를 보호하는 열보호부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서 열보호부재를 추가 부착할 필요성이 있는 경우로는, 단열구조재(100/200/300)의 테두리부에서의 용접열 및 용접불꽃 차단의 효과를 더욱 보완 및 강화하고자 하는 경우, 테두리부에 배치되는 연결부(130/230/330)의 비금속 소재까지도 용접열 및 용접불꽃으로부터 보호하고자 하는 경우 등을 예로 들 수 있다.
열보호부재는 바람직하게는 에어로겔 블랭킷(aerogel blanket) 또는 글라스울을 시트 형태로 직조한 것일 수 있다. 특히 에어로겔 블랭킷은 영하 280℃에서 650℃까지 넓은 온도 범위에서 사용이 가능하고 유연성과 굽힘성이 뛰어나며 경량이라는 점에서 차세대 단열재로 주목 받고 있는 신소재로서, 내화성이 우수하여 단열구조재(100/200/300)의 용접시 발생하는 용접열이나 용접불꽃으로부터 단열구조재(100/200/300) 및 그 내부에 배치되는 진공단열재(150/250/350)를 효과적으로 보호할 수 있다. 또한, 에어로겔 블랭킷은 흡수성, 흡습성, 내후성이 우수하다는 등 수분에 강한 특성을 가지므로, 방수성의 확보를 목적으로 하는 본 발명에 아주 적합한 소재라 할 수 있다.
이러한 열보호부재는 본 발명에 따른 단열구조재(100/200/300)의 테두리부를 구성하는 연결부(130/230/330)의 외측면에 접착제에 의해 부착될 수 있는데, 제1 실시예에서와 같이 연결부(130)가 비금속부(131)와 금속부(132)의 조합으로 구성되는 경우에는 열보호부재가 비금속부(131)의 노출된 측면에만 부착되고 금속부(132)에는 부착되지 않을 수 있다.
이상에서 설명된 제1 내지 제3 실시예를 포함하는 본 발명에 따른 단열구조재는 단열을 필요로 하는 건축물에 바람직하게 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 서로 이웃하는 단열구조재 간에 기밀한 연결을 구현함으로써 우수한 방수성을 획득할 수 있는 바, 단열과 방수 기능이 함께 요구되는 건축물에 적용시 그 유용성이 매우 크다. 이러한 건축물로서는 특히 냉동창고와 같이 바닥과 천장(지붕)을 갖춘 창고 형태의 단열 건축물을 예로 들 수 있다.
기본적으로 천장을 갖춘 건축물은 눈이나 비로 인하여 당연히 방수가 중요하게 요구된다. 그리고 건축물을 건축하기 전에는 바닥을 다지는 기반 공사가 선행되는데 이러한 조건에서 건축물이 세워지면 건축물의 바닥은 토압(earth pressure)에 해당하는 만큼 물에 의한 압력을 받게 되므로, 냉동창고와 같은 창고 형태의 단열 건축물은 바닥의 방수 기능도 아주 중요하게 요구된다.
또한, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 단열구조재는 단열성능이 매우 우수한 진공단열패널을 기반으로 제작됨으로써 단열구조재의 전체 두께를 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다. 뿐만 아니라 상하 금속판 사이에 비발포성 폴리머로 코어층을 형성하여 본 발명에 따른 단열구조재를 제작하는 경우에는 아주 우수한 구조적 강도를 얻을 수도 있다.
도 14는 본 발명에 따른 단열구조재의 적용시 효과를 설명하기 위한 것으로서, 종래 냉동창고의 바닥에 구축되는 단열구조와 본 발명에 따른 단열구조재에 의한 단열구조 비교 도시한 도면이다.
현재 냉동창고의 바닥에 구축되는 단열구조물의 가장 일반적인 구조에 대하여 간단히 설명하면, 왼쪽에 도시된 바와 같이, 가장 하측에 PC(Precast Concrete)가 대략 300mm 정도의 두께로 깔린 다음 그 위에 대략 150mm 두께의 단열재와 대략 150mm 두께의 콘트리트가 순차적으로 층을 이루도록 형성되고, 마지막으로 가장 상측 표면층에 창고 내부에서 사람 및 차량이 다니기 용이하도록 마감층이 형성되고 있다.
즉, 현재 일반적인 냉동창고의 바닥에 구축되는 단열구조물은 전체 두께가 적어도 600mm 이상으로 형성되어야 한다. 그런데 이와 같이 두꺼운 단열구조물이 냉동창고의 바닥 및 천장에 각각 구축되면 냉동창고 내부에 활용할 수 있는 공간이 현격하게 줄어들게 되므로 공간활용도 측면에서 바람직하지 못하고, 두꺼운 단열구조물을 시공하는데에 시간과 비용이 많이 소모된다는 단점도 있다.
또한, 두껍게 형성되는 단열구조물이 가지는 자체 하중으로 인한 사하중(Dead Load)이 존재하기 때문에 두꺼운 두께에도 불구하고 그에 비해 견딜 수 있는 하중은 그리 크지 않은 편이며, 단열구조물의 무거운 하중을 지지하기 위하여 하부에 설치되는 기초 그리고 보와 기둥 또한 무거운 중량물로 구비되어야 한다.
이에 반해, 본 발명에서 제안되는 단열구조재는 성능 테스트 결과 현저히 적은 두께로도 현재 일반적으로 사용되고 있는 냉동창고의 단열구조물과 등가 또는 그 이상의 단열성능 및 구조적 성능을 획득할 수 있는 것이 확인되었다.
도 14의 오른쪽에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단열구조재(BTS 패널)는 내측에 배치되는 진공단열패널의 두께가 대략 30mm 내외로 형성되고 하부판과 상부판 및 그 사이의 코어층을 포함하는 단열구조재의 전체 두께가 62mm로 형성되는 경우, 상기에서 설명한 바와 같이 PC+단열재+콘크리트+마감재로 이루어지는 일반적인 냉동창고의 단열구조물이 600mm 두께로 형성되는 것과 동일한 단열성능 및 구조적 성능을 가지는 것이 실험을 통한 계산 결과로 확인되었다.
즉, 본 발명에 의해 제안되는 단열구조재는 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 냉동창고의 단열구조물의 두께를 1/10 수준으로 줄이면서도 단열성능과 구조적 성능은 그대로 유지할 수 있고, 따라서 냉동창고와 같은 창고형 단열 건축물에 적용시 내부 공간활용도를 기존과는 비교할 수 없는 수준으로 증대시킬 수 있다. 내화 기준을 만족시켜야할 필요가 있는 경우에는 단열구조재(BTS 패널)의 하부에 바닥용 내화 피복을 추가 시공하면 된다.
또한, 계속 강조하듯이 본 발명에 따른 단열구조재는 코어층의 작용에 의해 전체적으로 매우 우수한 구조적 강도를 획득할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 단열구조재는 형성되는 두께에 대비하여 견딜 수 있는 하중 능력 또한 매우 뛰어나다. 실제로 본 발명에 따른 단열구조재는 진공단열패널의 두께가 30mm로 형성되고 전체 두께가 60mm로 형성되는 조건에서, 평방미터(m2)당 무려 3ton의 활하중(Live Load)을 견딜 수 있는 것이 실험 결과로서 확인되었다.
이와 같이 하중 지지 능력이 매우 우수한 본 발명에 따른 단열구조재는 하중을 받게되는 건축물의 바닥이나 천장(지붕)에 구축되는 단열구조물의 재료로서 바람직하게 이용될 수 있으며, 평방미터(m2)당 1ton 이상의 하중을 받는 건축물의 바닥 및/또는 천장의 단열구조물을 구축하는데에 특히 바람직하게 적용될 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 단열구조재는 동일한 단열성능의 획득 조건에서 일반 단열구조물과 대비하여 두께가 현저히 감소되어 경량화가 가능하므로, 하부에 설치되는 기초의 중량을 대략 15% 감소시키고, 보와 기둥의 중량은 대략 30% 까지 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 단열구조물 및 기초 구조물이 경량화됨에 따라 작업 시공성 및 생선성이 현저하게 향상되는 효과를 가질 수 있으며, 설치된 이후의 건축물의 전체 피로도가 감소하는 등 구조적인 측면에서도 많은 장점을 가질 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1: 하부구조물
100: 단열구조재 (제1 실시예)
110: 하부판
120: 상부판
130: 연결부
131: 비금속부
132: 금속부
140: 코어층
141: 내부형상체
150: 진공단열재
200: 단열구조재 (제2 실시예)
210: 하부판
211: 하부관통홀
220: 상부판
221: 상부관통홀
230: 연결부
231: 바디관통부
232: 헤드수용부
240: 코어층
250: 진공단열재
300: 단열구조재 (제3 실시예)
310: 하부판
320: 상부판
330: 연결부
340: 코어층
350: 진공단열재
360: 체결가이드부

Claims (12)

  1. 바닥 및 천장을 포함하는 건축물의 내부에 구축되는 단열구조물을 구성하는 단열구조재로서,
    금속 재질의 하부판;
    상기 하부판과 일정 간격을 유지하며 상방에 배치되는 금속 재질의 상부판;
    상기 하부판과 상기 상부판 사이의 끝단 테두리부에 배치되는 연결부;
    상기 하부판, 상기 상부판 및 상기 연결부가 이루는 내부 공간에 충전되는 코어층; 및
    상기 코어층의 내부에 배치되는 진공단열재를 포함하고,
    상기 연결부는 비금속 소재로 구성되는 비금속부를 포함하되, 상기 비금속부는 상기 하부판과 상기 상부판 사이의 간격에 대응되는 높이를 가짐으로써 상기 비금속부가 상기 하부판으로부터 상기 상부판에 이르는 전체 두께에 걸쳐 배치되며,
    상기 단열구조재는 상기 건축물의 내부에 설치되는 지지구조물 상에 용접 및 볼팅 체결 중 적어도 어느 하나의 방식을 이용하여 고정되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지구조물을 기준으로 서로 이웃하는 상기 단열구조재 사이의 공간에 마감재가 충전되어 서로 이웃하는 상기 단열구조재 사이의 이음부의 기밀을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    서로 이웃하는 상기 단열구조재 사이의 간격 상부를 덮어 마감하는 연결판을 더 포함하고,
    상기 마감재는 서로 이웃하는 상기 단열구조재, 상기 지지구조물 및 상기 연결판에 의해 형성되는 공간 내부에 충전되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마감재는 비발포성 폴리머이며, 서로 이웃하는 상기 단열구조재, 상기 지지구조물 및 상기 연결판에 의해 형성되는 공간 내부에 액상으로 주입된 후 경화되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 코어층은 비발포성 폴리머로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 비금속부와 상기 코어층 간에 적어도 4MPa 이상의 접착 강도가 부여되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 비금속부는 플라스틱 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 비금속부는 PET(Polyethylene Terephthalate), PVC(Polyvinyl Chloride), 에폭시(Epoxy) 및 폴리우레탄 계열의 플라스틱 중 어느 하나의 소재로 마련되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 코어층의 내부에 P-폼, 글라스울 및 미네랄울 중 어느 하나의 소재로 제작되는 내부형상체가 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 내부형상체는 구 또는 육면체 형태로 제작되어 부피를 가지는 것으로서, 다수개가 상기 코어층의 내부에 일정한 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부판과 상기 상부판 중 적어도 어느 하나는 가장자리 끝단부가 절곡되어 상기 단열구조재의 측면 일부를 덮는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부판이 상기 지지구조물과 용접 방식으로 연결될 때 레이저 용접이 이용되는 것을 특징으로 하는,
    건축물의 단열구조재.
KR1020210105209A 2021-08-10 2021-08-10 건축물의 단열구조재 KR20230023251A (ko)

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KR100742033B1 (ko) 1999-11-05 2007-07-23 인텔리전트 엔지니어링 (바하마즈) 리미티드 복합 라미네이트 구조를 갖는 판 건축물
KR101927888B1 (ko) 2018-06-28 2018-12-11 정태영 단열 구조재

Patent Citations (2)

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