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미친 불연성능과 쩌는 단열성능을 가진 에어로젤 단열재단열재 알아보기/기타 단열재 2023. 9. 14. 09:05728x90반응형
안녕하세요 여러분!!
태화단열의 온라인팀 입니다~~~ㅎ
오늘 태화단열의 블로그에서는
영어로 에어로젤, 독일어로 에어로겔
이라 불리는
<에어로젤 단열재>
에 관한 포스팅을 해보도록 하겠습니다.
(독일어보단 영어가 더 친숙하니 에어로젤로...)
에어로젤 단열재는 공기가 가득 차 있는 다공성 젤 소재로,
주 성분이 실리카 등으로 이루어진 무기계와
고분자 사슬로 이어진 유기계로 구분이 됩니다.
조금 더 쉽게
고체 상태의 젤에서
액체 대신 기체로 가득차 있는 형태인데
고체이면서 기체가 대부분인 물질이라 보시면 되겠습니다.
에어로젤 단열재는
공기가 98%를 차지하고 있기 때문에 밀도는
공기밀도 (0.001 g/㎤) 에 비해
3배인 (0.003 g/㎤) 에 불과해
아주 우수한 단열성능을 가지고 있으며
물리적인 힘을 가해 한번 눌려지면
복원되지 않고 굽힘에 매우 약해 잘 부러집니다.
하지만 에어로젤 단열재는 구조적으로 매우 튼튼하기 때문에
자신의 무게에 2000배 가까이를 버틸 수 있는
강인한 체력을 가지고 있다는 특징이 있습니다.
세계에서 가장 가벼운 고체로 알려져 있는
에어로젤 단열재는
실제 두 개의 기네스 세계 기록을 가지고 있는데
그 중 하나는 가장 밀도가 낮은 고체로,
또 하나는 혜성에서 반환된 첫 번째 샘플로
기록을 보유 중 입니다.
에어로젤 단열재는
젤과 같은 형태이며
비드법과 비슷한 느낌이 나지만
말랑말랑하지는 않고
아주 세게 압력을 가하게 되면
유리처럼 산산조각이 나며 깨지게 됩니다.
위에서도 말씀드렸다시피
에어로젤 단열재는
대부분이 공기로 이루어져 있어
반투명하며
마치 연기가 얼어 붙은 모습처럼 보여
'얼어붙은 연기' '딱딱한 연기'
라는 별명도 가지고 있습니다.
어두운 곳에서는 푸른계열의 색으로 나타나며
밝은 곳에서는 하얀계열의 색으로 나타나는데
색이 나타나는 이유는
나노 크기의 수지 구조에 의해서
파장이 짧은 가시광선의 산란에 기인하기 때문입니다.
분말형태의 에어로젤이 충진된 투광성 창호는
기존 복층창호에 비해 2배 가까운 단열성능을 보유하고 있고
다양한 형태의 실리카 에어로젤 단열재가 개발되어
우주항공 및 국방 분야의 특수용도부터 시작해
단열 패널이나 단열 시스템에 이르기까지
수 많은 분야에서 상용화 되어지고 있습니다.
우리 일상생활 속에서 볼 수 있는
에어로젤의 예시로는
배드민턴의 라켓 소재로
사용이 되어지고 있습니다.
에어로젤 단열재는 1931년
젤의 상태에서 수축을 유발시키지 않고
액체를 기체로 치환한
'스티븐 키슬러'
에 의해 처음으로 만들어지게 되었습니다.
하지만 처음 만들어졌었던
에어로젤 단열재는 깨지기 쉬워서
상업적으로는 이용이 힘들었습니다.
훗날 2003년
한국의 공학자 이강필 박사님께서
미국에서 설립한 기업인
'아스펜 에어로젤'
이 세계 최초로 상용화에 성공했는데
특수섬유를 더해
쉽게 깨지는 약점을 보완하여
대량생산이 가능해졌습니다.
에어로젤 단열재는 크게
실리카 에어로젤, 탄소 에어로젤,
알루미늄 에어로젤, 폴리머 에어로젤
등으로 나눌 수 있습니다.
그 중 대표적으로 가장 잘 알려져 있는
실리카 에어로젤은 낮은 밀도,
높은 단열성으로 잘 알려져 있으며
나노 기공형태를 이루고 있습니다.
나노 기공은 공기분자를 잡고 있는 원리로
단열성을 가지고 있다고 보시면 되겠습니다.
에어로젤 단열재의
열전도율은 약
0.011~0.015 W/m.K
로 초저열 전도성 소재이며
건물부분에서 고효율 단열재가 필요할 경우
적은 두께로도 우수한 단열성능을 발휘 할 수 있기 때문에
각광받고 있는 소재 입니다.
에어로젤 단열재의 단열성능이 우수한 이유 중 하나는
열전달이 일어나는 대류, 전도, 복사를 무력화 시키기 때문인데
대류를 효과적으로 차단하는 이유는
공기가 기공을 통해 순환이 불가하기 때문입니다.
실리카 에어로젤 또한
전도가 잘 되지 않는 물체이기 때문에
전도 또한 효과적으로 차단이 가능합니다.
탄소 에어로젤 역시
열전달이 일어나는 적외선 복사를 흡수해 버리기 때문에
복사 또한 효율적으로 차단이 가능합니다.
가장 단열성능이 좋은 에어로젤은
탄소를 첨가한 실리카 에어로젤이라 보시면 되겠습니다.
하지만
금속 에어로젤은
열전달을 더 좋게 하는 열전도체가 될 수 있습니다.
에어로젤 단열재는 1100℃의 온도에서도
타지 않는 미친 불연성능을 가지고 있으며
기타 단열재들이 보온과 보냉의 구별을 두는 것과 달리
에어로젤은 -200℃ ~ 650℃의 범위에서
사용이 가능하며 발수성을 가지고 있기 때문에
우주공간 및 화재 현장처럼
춥거나 뜨거운 극단적인 특수환경에도
버틸 수 있는 소재 입니다.
그래서 가볍고 강한 장점을 응용해
불을 이겨내는 방화복,
추위를 이겨내는 방한복,
우주에서도 버틸 수 있는 우주복
등의 특수 의류로도 많이 사용되며 반영구적이라 보시면 되겠습니다.
비교적 최근인
2018년 싱가폴 국립대학교 연구팀이 폐플라스틱으로
에어로젤을 만드는 공정을 개발했는데
폐플라스틱을 연소 시킨 뒤 탄소만 남기는 탄소화 처리를 하고
실리콘 소재를 코팅해 만드는 방법을 사용했다고 합니다.
이렇게 만들어진 에어로젤은
600℃ 이상의 열기에도 견딜 수 있으며
기존에 사용되던 내열소재보다 10분의 1수준으로 가볍기 때문에
소방관의 방화복 소재로 적합 합니다.
또한
에어로젤은 그 자체가 흡습성으로 인해
건조한 느낌이 나는데
강력한 제습제로도 작용을 할 수 있습니다.
에어로젤의 단점으로는
가격이 상당히 비싼 편입니다.
그렇기 때문에
유연한 Blenket 타입의 단열재로 가공해
접합부 등 특수부위의 열교차단재로
적용하는 것이 가장 현실적인 방법 입니다.
다음의 논문을 잠깐 살펴보고 넘어가도록 하겠습니다.
논문
<공동주택 단열재로서의 에어로젤 적용 연구>
-한라대학교 건축학부 교수, 공학박사 권영철 님-
본문 내용 中
에어로젤 단열재의 단열 성능은
기존 압출법 보온판 2호와 비교해 약 2배이지만
가격은 20배 가량으로,
기존 단열재를 대체하기에는 시기상조인 것으로 판단된다.
에어로젤 단열재는 기존 법규에서 요구하는
벽체 성능을 구현하기 위해 단열재 2분의 1로 감소하게 되므로,
감소된 두께만틈 콘크리트와 철근 물량이 감소하게 되는 이점이 있다.
에어로젤 단열재를 분석 대상인 H건설사 729세대에 적용한 결과,
물량 측면에서 약 5천 6백만원 정도의 절감효과를 기대할 수 있으나,
단열재 시공비 측면에서는 전체 61억원 이상의 공사비 증가가 발생해
적용성에 어려움을 지니고 있다.
에어로젤 단열재 적용에 따른 세대별 공사비 증가액을 살펴본 결과,
8백만원 이상의 공사비가 증가하는 것으로 분석되었다.
이것은 평당 환산하면 약 25만원 가량의 분양가가
상승되는 원인으로 작용할 수 있다.
오늘 태화단열에서
준비한 포스팅 내용은 여기까지 입니다.
사실 에어로젤 단열재에 관한
외국의 논문 및 데이터를 기반으로
조금 더 작성하고 싶은 내용도 있었지만
내용 중 제가 100% 이해하기 어려웠던 부분들이 있어
과감히 생략했습니다.
(탄소 에어로젤 및 알루미늄 에어로젤, 폴리머 에어로젤에 관한 부분)
추후 기회가 된다면 에어로젤 단열재에 대해
다시 포스팅 해보도록 하겠습니다.
긴 글 읽어주셔서 진심으로 감사드리며
오늘 남은 하루도 조금 더 힘내시고
행복한 하루 되시길 바랍니다!!
이상
태화단열의 온라인팀 이었습니다!!
감사합니다.
*에어로젤 단열재
에 관한 포스팅은
특정 회사 및 특정 회사 제품의 홍보와 광고,
비난과 비방을 목적으로 작성되어진 내용이 아니며,
소비자의 알 권리와 건축업계에 종사하시는 분들과의
단열자재 정보공유를 목적으로 작성되어진 비영리 포스팅 입니다.
태화단열 블로그에서는
사실적이고 객관적인 내용만을 다루기 위해 노력하겠습니다.
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