KR100712789B1 - 고강도 온돌패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온돌 바닥 부재로 이용하기 위한 고강도 바닥 패널에 관한 것으로서, 고강도 속경성 시멘트 57∼80중량%, 나무 칩 10∼30중량%, 콜로이드 실리카 3∼10중량% 및 알루미늄 포스페이트 1.0∼3.0중량%의 조성물과 이 조성물에 물/시멘트비가 0.4∼0.5되게 물을 첨가하여 혼합한 후, 약 700톤/㎡의 면압으로 프레스하여 50∼70℃에서 양생시켜 판상으로 성형하여 이루어진 일정 크기의 고강도 패널 본체에 일정한 간격으로 요홈이 형성되고, 상기 고강도 패널 본체의 상면부와 상기 요홈에 열전도 및 복사를 위한 열전달층이 형성되며, 상기 요홈 부분에 온수 파이프가 삽입된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고강도 온돌패널은 압축 강도와 굽힘 강도가 일반 시멘트 제품에 대하여 높고, 단열, 내열, 흡음, 차음, 충격 및 진동 흡수 능력이 우수하며, 난방효과가 우수하다.

고강도 속경성 시멘트, 나무 칩, 콜로이드 실리카, 알루미늄 포스페이트

Description

고강도 온돌패널{Ondol panel of high strength}

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 고강도 온돌패널을 이용한 조립식 고강도 온돌패널 난방 시스템을 보인 것으로,

도 1은 조립식 고강도 온돌패널 난방 시스템의 시공구조를 보인 부분 단면도.

도 2는 조립식 고강도 온돌패널 난방 시스템의 시공구조를 보인 부분 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 슬라브 기층 200 : 고강도 온돌패널

201 : 요홈 202 : 테이퍼면

210 : 열전달층 220 : 온수 파이프

230 : 보강판 240 : 방열판

300 : 패널 높이조절 고정구 400 : 단열 흡음재

500 : 공기층

본 발명은 온돌 바닥 부재로 이용하기 위한 고강도 온돌패널에 관한 것으로, 특히 고강도 온돌패널, 열 전달 방사능이 우수한 도료, 온수 파이프, 방열판, 이중 바닥용 구조물을 이용하여 가열부재로 고강도 바닥 패널 상에 온수 파이프를 매설하여 온수를 순환 공급하는 고강도 온돌패널에 관한 것이다.

현재 아파트 등의 다세대 주택의 바닥난방 시스템은 기존 슬라브 위에 가연성의 흡음재 또는 충격 완충재인 스티로폼이나 발포 폴리우레탄, 또는 발포 폴리플로피렌 재 등의 단열·흡음 부재를 시공하고 그 위에 경량기포콘크리트 층을 형성하며 이 위에 가열부재인 온수 파이프를 배관하고 다시 그 위에 몰탈 층을 시공하여 바닥구조를 형성하고 있다. 이와 같은 바닥구조의 시멘트 시공은 모두 현장에서 습식으로 이루어지며 그 층의 두께가 전체적으로 약 120∼130㎜ 이고 중량이 약 230㎏/㎡에 이른다. 또한 시공기간도 시멘트 층의 양생기간 만큼 길어지는 단점이 있다. 최근에 이러한 문제점 등을 고려하여 가열부재인 온수를 상하 플레이트 사이에 공간부재를 설치하고 이 공간 부재 사이로 유통시켜 난방 효과를 이룬 판형 가열부재 유닛이 개발되어 (대한민국 공개특허공보 제2002-0095733호, 등록실용신안공보 제20-0291261호, 제20-0291203호, 제20-0288905호, 미국 특허 제5,080,166호) 조립식 난방 시스템으로 적용이 시도되고 있다. 그러나 상기한 난방 부재는 온수 파이프(액셀 파이프) 부재에 비하여 생산비용이 고가이고 이 난방부재 상, 하부에 방열판이나 단열, 흡음재를 별도 시공하거나 일체화시켜 제품화하는데 역시 문제점이 있으며 시공이 어렵고 파이프의 연결 부위 개소가 많아 누수의 위험이 있는 등 여러 가지 문제점이 있다. 이외에도 온돌 패널을 이용한 많은 연구개발이 이루어져 최근에 개발된 기술로 대한민국 공개특허공보 제2003-0059784호의 "층간 소음 저감 조립식 건식 온돌 패널", 제2003-0052692호의 "온수용 온돌 패널", 제2002-0079251호의 "PCM을 이용한 축열식 온돌용 패널", 제2000-0073386호의 "조립식 온돌 판체 및 온돌 시공구조" 등 많은 기술들이 발표되어 있으나 이들 기술 역시 생산비용 및 시공상의 문제점을 내포하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명에서는 상기한 여러 가지 기술들의 문제점을 동시에 해결할 수 있는 새로운 온수 난방 시스템을 위한 고강도 온돌패널을 개발하고자 시도한 것이다.

본 발명의 기술적 과제와 특징은 비교적 저렴한 가격으로 바닥 패널 부재의 공급이 가능하고 시공기간이 짧으며 기존 기포콘크리트 바닥보다 중량이 가벼우며 시공 후의 재 보수 등이 용이하고 단열, 흡음, 진동, 충격 등의 흡수능력이 완벽한 구조의 고강도 온돌패널을 구현하는 것이다.

본 발명의 고강도 온돌패널은 고강도 바닥 패널 부재, 열 전달 방사 기능이 우수한 도료, 온수 파이프, 방열판, 이중바닥 패널용 구조물, 및 단열, 흡음 패널로 이루어져 있으며 이들 구성요소들의 제조 및 배치 방법을 최적화하여 생산성을 높이고 요구되는 제반조건을 충분히 만족시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일정 크기의 고강도 패널 본체에 요홈이 일정한 간격으로 형성된 상면부에 열전도 및 복사를 위한 열전달층이 형성되고, 상기 요홈에 온수 파이프가 삽입되어 구성되는 고강도 온돌패널을 제공한다.

상기 고강도 온돌패널 본체는 고강도, 속경성 시멘트 약 57∼80중량%와 나무 칩 약 10∼30중량%, 콜로이드 실리카 약 3∼10중량%, 및 알루미늄 포스페이트 약 1.0∼3.0중량%이 조성물과 이 혼합물을 물/시멘트비가 0.4∼0.5되게 물을 첨가하여 혼합한 후 면압이 약 700톤/㎡ 프레스 하여 50∼70℃에서 양생시켜 판상으로 성형하여 구성된다.

또한, 본 발명에 의한 고강도 온돌패널을 이용한 조립식 온돌 패널 난방 시스템은 슬라브 기층 위에 통상의 패널 높이조절 고정구가 종, 횡으로 배열되어 설치되고, 상기 슬라브 기층 위에 단열 흡음재가 적층되며, 상기 패널 높이조절 고정구 위에 상기 고강도 온돌패널이 조립되고, 상기 고강도 온돌패널과 하부의 단열 흡음재 사이에 단열, 흡음, 충격 흡수, 진동 흡수를 위한 공기층이 형성되어 구성된다.

상기 단열 흡음재는 2∼5㎜ 크기의 발포 펄라이트 또는 버미쿨라이트 입자에 규산소다, 메틸셀루로즈, 또는 콜로이드 실리카를 바인더로 첨가한 후, 상기 슬라브 기층에 일정 두께로 살포 적층하거나, 판상으로 제조된 발포 펄라이트 또는 버미쿨라이트 패널를 적층하여 구성된다.

이와 같은 본 발명은 본 출원인이 개발하여 선 출원한 특허출원 제2004-1589호에 기재된 고강도 패널 및 그 제조방법과 관련된 것으로, 조립식 온돌 패널 난방 시스템에 적합하도록 개발된 것이다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면에 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 고강도 온돌패널을 이용한 조립식 온돌 바닥패널 난방 시스템을 보인 것으로, 도 1은 조립식 온돌 바닥패널 난방 시스템의 시공구조를 보인 부분 단면도이고, 도 2는 조립식 온돌 바닥패널 난방 시스템의 시공구조를 보인 부분 사시도이다.

도면에서 부호 100은 건물의 슬라브 기층이고, 200은 본 발명에 의한 고강도 온돌패널이며, 300은 패널 높이조절 고정구이다. 그리고, 400은 슬라브 기층(100) 위에 적층되는 단열 흡음재이고, 500은 단열 흡음재(400)와 고강도 온돌패널(200) 사이에 형성되는 공기층이다.

본 발명은 고강도 온돌패널(200)을 온돌 바닥 부재로 이용한 조립식 온돌 바닥패널 난방 시스템에 관한 것으로 슬라브 기층(100), 상기 슬라브 기층(100) 위에 종, 횡으로 배치되는 다수개의 패널 높이조절 고정구(300), 상기 슬라브 기층(100) 위에 적층되는 단열 흡음재(400), 상기 패널 높이조절 고정구(300)위에 고정되는 고강도 온돌패널(200)로 이루어져 있다.

상기 고강도 온돌패널(200)은 일정 크기의 고강도 패널 본체에 요홈(201)이 일정한 간격으로 형성된 상면부에 열전도율 및 복사능이 우수한 열전달도료를 도포하거나, 알루미늄 박막과 유리섬유 천을 접합하여 피복한 열전달층(210)이 형성되고, 상기 요홈(201)에 온수 파이프(220)가 삽입된 구성으로 되어 있다. 그리고 외주면은 용이한 조립을 위하여 테이퍼 면(202)으로 형성된 구성으로 되어 있다.

상기 고강도 패널 본체에는 고강도, 속경성 시멘트를 함유한 무기질로 성형된 판재를 이용하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 목재, 철판재 등의 다른 재질의 판재도 이용할 수 있다.

상기 고강도 온돌패널(200)은 고강도, 속경성 시멘트를 주성분으로 한 제품으로 그 물성은 다음 표와 같다.

고강도 온돌 패널 부재의 물성

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이와 같이 본 발명은 슬라브 기층(100) 위에 다수개의 패널 높이조절 고정구(300)가 배치됨과 아울러, 발포 펄라이트 또는 버미쿨라이트로 조성된 단열 흡음재(400)가 일정한 두께로 적층되고, 패널 높이조절 고정구(300) 위에 고강도 온돌패널(200)이 이중으로 설치되어 고강도 온돌패널(200)과 단열 흡음재(400) 사이에 공기층(500)이 형성되며, 고강도 온돌패널(200) 상에 가열부재로 온수 파이프(220)를 매설하여 온수를 순환 공급하는 조립식 온돌 바닥패널 난방 시스템을 제공한다.

상기 고강도 온돌패널(200)은 일정 크기의 패널 표면에 온수 파이프(220)를 매설할 수 있도록 요홈(201)을 일정 간격으로 형성하여 제조하고, 그 표면에 열전달 및 방사 기능이 우수한 도료를 일정 두께로 도포하거나, 알루미늄 박막과 유리섬유 천을 접합하여 피복한 열전달층(210)을 형성하고, 필요에 따라 하부에 아연 도금 강판과 같은 보강판(230)을 부착하여 온수 난방용 바닥 패널 부재로 한다. 그리고 온수 파이프(220)가 요홈(201)에 접촉하는 부분에는 알루미늄 또는 동으로 구성된 박막의 금속 포일 재료로 감싸 열전도를 촉진시킨다.

본 발명에 의한 고강도 온돌패널을 이용한 조립식 온돌 바닥패널 난방 시스템을 시공함에 있어서는 슬라브 기층(100) 위에 통상의 액세스 플로어 등의 이중바닥재 시공 시와 같이 다수개의 패널 높이조절 고정구(300)를 종, 횡으로 배열하여 설치함과 아울러, 단열 흡음재(400)인 발포 펄라이트 또는 버미쿨라이트 패널과 같은 단열 흡음패널을 설치한다.

이어서, 패널 높이조절 고정구(300) 위에 고강도 온돌패널(200)을 조립하여 고강도 온돌패널(200)과 하부의 단열 흡음패널 사이에 공기층(500)을 형성하여 단열, 흡음, 충격, 진동 흡수 등의 효과를 한층 증대시키며, 온수 바닥 패널 상부에 전기 아연도금 강판(Electrolytic Galvanized Iron, EGI 철판)과 같은 방열판(240)을 덮는다. 그리고, 필요에 따라 상기 방열판(240) 위에는 지재, 합성수지재 또는 목재 장판을 깐다. 이때 상기 합성수지재 장판에는 열전도성 재료, 예를 들어 바륨설페이트(중정석) 20∼50%를 합성수지에 혼합하여 제조한 것을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 고강도 온돌패널을 이용한 온수난방 구조물의 높이는 이중 고강도 온돌패널(200)을 포함하여 슬라브 기층(100)으로부터 130㎜를 초과하지 않도록 시공한다.

상기 고강도 온돌패널(200)의 조성은 고강도 온돌패널의 바람직한 강도, 열성, 차음 등의 특성을 갖도록 중량율로서 고강도 속경성 시멘트 57∼80중량%와 나무 칩 10∼30중량%, 규산소다 3∼10중량%, 황산알루미늄 1.0∼3.0중량%로 조성된 혼합물을 물/시멘트비 0.4∼0.5되게 물을 첨가하여 혼합한 후, 성형하여 판상의 성형체를 제조한다. 이 때 가압 조건은 약 700톤/㎡의 면압으로 프레스하여 50∼70℃에서 양생시켜 제조한다.

상기 고강도 속경성 시멘트는 칼슘알루미네이트(3CaO·5Al₂O₃), 트리칼슘실리케이트(3CaO·SiO₂), 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al₂O₃·SO₃), 및 칼슘·철·마그네시움 실리케이트((Ca·Fe·Mg)SiO₃))로 조성되고, 그 조성 비율은 바람직한 강도와 속경성을 갖도록 중량율로서 칼슘알루미네이트(3CaO·5Al₂O₃)가 40∼65%, 트리칼슘실리케이트(3CaO·SiO₂) 30∼45%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al₂O₃·SO₃), 및 칼슘·철·마그네시움 실리케이트((Ca·Fe·Mg)SiO₃))가 5∼15%이며, 브레인 분말도가 약 4,200㎠/g이다.
고강도 속경성 시멘트의 조성에 있어서, 칼슘알루미네이트의 사용량이 40중량%이하인 경우에는 속경성 및 강도 증진이 부족하고, 65중량%이상인 경우에는 초기 경화기간중 현저한 팽창이 이루어진다. 또한, 트리칼슘실리케이트의 사용량이 30중량%이하인 경우에는 초기 고강도 발현이 부족하고, 45중량%이상인 경우에는 수화열에 의한 균열 가능성이 높아진다. 또, 칼슘설포알루미네이트의 사용량이 5중량%이하인 경우에는 강도와 내구성이 부족하고, 15중량%이상인 경우에는 필요이상으로 사용하게 된다. 분말도는 시멘트가 나무 칩들 사이에 침적되기 용이한 정도인 약 4,200㎠/g이 바람직하다.

상기한 고강도 속경성 바닥패널의 정량적 조성에 있어서, 고강도 속경성 시멘트의 구성비가 57중량% 이하인 경우에는 제품의 강도가 저하되고, 80중량% 이상에서는 제품의 강도는 증가하나 비중이 증가하여 경량성이 감소되는 단점이 있다. 나무 칩 사용량은 5중량% 이하에서는 제품의 비중이 증가되고, 10중량% 이상에서는 비중은 감소하나 강도 및 내열성 등이 저하된다. 규산소다의 사용량이 3중량%이하인 경우에는 내열성이 떨어지고, 10중량%이상인 경우에는 필요이상으로 사용하게 된다. 또한, 황산알루미늄의 사용량이 1.0중량%이하인 경우에는 바인더의 역할이 부족하고, 3.0중량%이상인 경우에는 역시 필요이상으로 사용하게 된다.

그리고 상기 고강도 온돌패널(200) 상부에 도포한 열 전달 및 방사 기능 도료의 조성물은 바람직한 열 전달 및 방사 능력을 갖도록 그 화학성분이 중량율로서 SiO₂ 17∼22%, Al₂O₃ 38∼43%, Cr₂O₃ 17∼22%, Fe₂O₃ 2∼7%, TiO₂ 3∼8%, ZrSiO₄ 7∼12%로 이루어진 통상의 도료에 콜로이드 실리카와 알루미늄 포스페이트를 바인더로 20∼30% 첨가하고, 물 또는 알콜을 사용하여 약 70% 고체농도의 슬러리로 만든 것이다. 바인더가 20중량%이하인 경우에는 바인더로서의 역할이 부족하고, 30%이상인 경우에는 바인더로서의 역할은 강화되지만 열전도와 방사기능이 떨어지게 된다.

상기한 열전달 도료 대신에 신속하고 균일한 방열을 위해 도포하는 알루미늄 박막은 두께가 5∼20㎛이고 그 하부에 10∼50㎛의 얇은 유리섬유 천을 부착하고 바닥에 접착제를 도포하여 바닥패널에 시공을 용이하게 한 재료이다.

상기 고강도 온돌패널(200)의 요홈(201)에 설치되는 온수 파이프(220)는 밀도가 약 0.95이하인 폴리에틸렌 수지를 관상으로 성형한 후, 전자선 조사로 가교시킨 것을 특징으로 하는 가교 폴리에틸렌 튜브로 바닥 패널의 표면과 수평을 이루도록 설치한다. 패널 밑바닥은 두께 0.5∼1.0㎜의 아연도금 강판을 부착하여 기계적 강도를 증대시킨다.

상기 온수 파이프(220)는 열전도성 분말, 예를 들어 Al₂O₃ 분말이 20∼50% 혼합된 합성수지재로 성형된 파이프가 열전도성 향상을 위하여 이용될 수 있으며, 또한 상기 온수 파이프(220)에는 통상의 온수 파이프가 이용될 수도 있다.

상기 고강도 온돌패널(200)과 슬라브 기층(100)의 사이는 얼마간의 공기층(500)을 두고 하부 바닥에 단열 흡음재(400)인 발포 펄라이트 또는 버미쿨라이트 패널은 약 2∼5㎜ 크기의 발포 펄라이트 또는 버미쿨라이트 입자에 규산소다, 메틸셀루로즈, 또는 콜로이드 실리카를 바인더로 첨가하여 일정 두께의 판재로 성형한 것이다. 경우에 따라서는 판재로 성형하지 않고 입상물 그대로 바닥에 살포하여 설치하여도 무방하다.

본 발명에 의한 고강도 온돌패널은 압축 강도와 굽힘 강도가 일반 시멘트 제품에 비하여 높고, 기존 기포콘크리트 바닥보다 중량이 가벼우며, 시공 후의 재 보수 등이 용이하며, 단열, 내열, 흡음, 차음, 충격 및 진동 흡수 능력이 우수하여 아파트의 조립식 온수 난방용 패널로 유리하게 활용할 수 있다.
본 발명에 의한 고강도 온돌패널을 이용한 조립식 바닥 온수난방 시스템은 난방 효과를 시험하기 위하여 기존의 기포콘크리트 온수 난방 시스템과 비교 시험한 결과 동일 온도의 온수를 공급하였을 경우 본 발명의 난방 시스템은 기존 시스템에 비해 약 30%의 에너지 절감 효과가 있음을 알 수 있었다. 즉, 종래 방법에서는 온수 공급온도를 약 75℃로 유지하여 난방하는 효과를 본 발명의 시스템에서는 35∼45℃의 온수를 공급하여도 동일한 효과를 나타내었다.
한편, 고강도 바닥난방 패널 부재(두께 30㎜)는 단위 면적 당 무게가 33㎏/㎡으로 기존의 기포콘크리트보다 가볍고 1,200㎏/㎡이상의 적재하중에도 변형이 거의 없으며 흡, 차음 시험에서 아파트 등의 공동주택의 바닥 충격음 기준인 경량충격음 58dB이하, 중량 충격음 50dB 이하로 소음이 감소되어 사무실, 실험실, 식당, 일반주택 및 아파트 등의 바닥난방 시스템으로 활용이 기대된다.

Claims (16)

1. 고강도 속경성 시멘트 57∼80중량%, 나무 칩 10∼30중량%, 콜로이드 실리카 3∼10중량% 및 알루미늄 포스페이트 1.0∼3.0중량%의 조성물과 이 조성물에 물/시멘트비가 0.4∼0.5되게 물을 첨가하여 혼합한 후, 약 700톤/㎡의 면압으로 프레스하여 50∼70℃에서 양생시켜 판상으로 성형하여 이루어진 일정 크기의 고강도 패널 본체에 일정한 간격으로 요홈이 형성되고, 상기 고강도 패널 본체의 상면부와 상기 요홈에 열전도 및 복사를 위한 열전달층이 형성되며, 상기 요홈 부분에 온수 파이프가 삽입된 것을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 열전달층(210)은 열전달 및 방사기능의 도료를 도포하여 형성된 것을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 열전달층은 알루미늄 박막의 하면에 유리섬유 천을 부착하고 바닥에 접착제로 접착하여 구성된 것을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도 패널 본체의 하면에 보강판(230)이 부착되어 구성된 것임을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도 패널 본체의 상면에 방열판(240)이 부착되어 구성된 것임을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 고강도 패널 본체의 외주면이 테이퍼면(202)으로 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
9. 제 1항, 제 3항, 제 4항, 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   고강도 속경성 시멘트는 중량율로서 칼슘알루미네이트(3CaO·5Al₂O₃₎가 40∼65%, 트리칼슘실리케이트(3CaO·SiO₂) 30∼45%, 칼슘설포알루미네이트(4CaO·3Al₂O₃·SO₃), 및 칼슘·철·마그네시움 실리케이트((Ca·Fe·Mg)SiO₃)) 5∼15%로 조성되고, 브레인 분말도가 약 4,200㎠/g인 것을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
10. 제 3항에 있어서,

    상기 열전달층은 통상의 열전달 및 방사기능의 도료에 콜로이드 실리카와 알루미늄 포스페이트를 바인더로 20∼30중량% 첨가하고, 물 또는 알콜을 사용하여 약 70% 고체 농도의 슬러리로 제조된 것을 특징으로 하는 고강도 온돌패널.
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