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녹색생활TIP

 제목   [기획 연재ㅣZOOM in SEDC TECH] 드림센터의 고성능 창 시스템.Ⅱ : 창유리의 성능
 작성자   관리자  등록일   2018-06-30
 이메일   seouledc@seouledc.or.kr  조회수   276

[ZOOM in SEDC TECH]
드림센터의 고성능 창 시스템.Ⅱ : 창유리의 성능

지난 뉴스레터를 통해 서울에너지드림센터의 고성능 창 시스템에 관하여 이야기했었는데요, 이번 호는 창유리에 관한 이야기를 보다 상세히 하고자 합니다.

<창의 성능>
건축물의 창은 세 가지 성능을 만족해야 하는데요, 우선은 ⓐ 잘 보여야 하고, ⓑ 적절한 태양에너지를 투과해야 하며, 마지막으로 ⓒ 실내외 열 이동이 최소가 되어야 합니다. 1번과 2번의 성능은 모두 태양복사에너지와 관계가 있습니다. 태양복사에너지는 <Fig.1>과 같이 파장의 길이에 따라 자외선과 가시광선 적외선으로 구분할 수 있는데요, 태양복사에너지의 파장별 투과특성에 따라 유리의 성능은 결정됩니다.

ⓐ 잘 보여야 해요! - 안과 밖이 잘 보이는 창
창의 가장 큰 장점은 자연채광 활용과 조망확보라 할 수 있습니다. 
즉, 창을 통해 자연채광을 실내로 유입시켜 내부공간의 충분한 조도를 확보하고 외부의 조망을 보면서 개방감을 확보하는 것이라 할 수 있습니다. 
드림센터도 전시장 건물 내 자연채광을 유입시키고 드림센터를 둘러싸고 있는 평화의 공원 내 녹지를 볼 수 있도록 큰 창면적을 갖고 있는데요<Fig.2>
창은 일반 벽체보다 낮은 단열성능을 갖고 있지만 이러한 장점으로 건물 외벽의 창면적이 증가하고 있으며, 
최근에는 창으로만 이루어진 커튼월 건물도 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있습니다<Fig.3>.



창을 통한 자연채광 유입과 조망확보는 태양복사에너지 중 가시광선의 투과율에 의해 결정되며, 
가시광선의 총량 중 창을 통해 투과되는 비율을 나타내는 가시광선투과율(VT: Visible transmittance)을 이에 대한 성능지표로 사용합니다.
예를 들어, 유리가 없는 개구부는 자외선, 가시광선, 적외선을 모두 통과시키는 반면, 밖이 잘 보이지 않는 어두운 유리는 <Fig.4>와 같이 
가시광선의 투과율이 낮게 나타나는 것이죠. 우리가 원하는 ‘잘 보이는 창’은 가시광선 부분의 투과율이 높은 창 즉, 가시광선투과율(VT)이 1에 가까운 창을 의미합니다. 


2) 연합뉴스,  3) (사)한국패시브건축협회 (http://www.phiko.kr)


ⓑ 태양에너지는 적절히 투과해야 해요! 
창은 가시광선뿐만 아니라 자외선과 적외선도 투과시킵니다. 특히 적외선은 창을 투과하여 벽과 바닥 등의 구조체를 가열시켜 겨울철에는 난방에너지를 저감시키고 여름철에는 냉방에너지를 증가시킵니다. 다양한 기기를 사용하고 많은 사람이 일하는 업무공간의 경우 난방에너지보다 냉방에너지 소비가 크기 때문에, 적외선을 최대한 차단하는 창을 선호하게 됩니다. 열과 관련된 태양복사에너지의 투과율을 나타내는 성능지표로는 SHGC(Solar Heat Gain Coefficient)가 사용되며, 0~1의 값을 나타냅니다. 1에 가까울수록 유리를 통해 실내로 유입되는 태양복사에너지의 양이 많다는 것을 의미하기 때문에 냉방에너지 저감을 위하여 VT와 반대로 SHGC가 낮은 창을 선호하게 되는 것입니다.


4) (사)한국패시브건축협회 (http://www.phiko.kr)


ⓒ 실내외 열 이동을 줄여주는 단열성능이 좋은 창 
추운 겨울과 더운 여름, 추위와 더위로부터 우리를 보호하기 위하여 건물은 단열이라는 옷을 입는다고 하였습니다.(ZOOM in SEDC TECH: 열의 흐름을 줄여보자! 드림센터의 단열) 실내외 온도차에 의하여 건물의 벽, 지붕, 창, 문 등에서는 열이 이동하며, 이때 이동하는 열의 양을 열관류율(U-factor)이라는 성능지표로 표현합니다. 즉, 열관류율이 높을수록 창을 통해 이동하는 열의 양은 많다는 것을 의미하며, 단열성능이 우수한 창은 열관류율이 낮은 창을 말합니다. 


<Low-E 코팅 유리>
창의 성능을 높이기 위하여 다양한 기술이 발전하고 있습니다. 이중창과 삼중창과 같은 다층 유리와 진공창 또는 다양한 비활성기체를 충진한 창은 창의 열관류율을 낮춰 단열성능을 향상시키고, 유리에 색 또는 금속물질을 입히는 코팅기술은 간단한 방법으로 다양한 색을 구현하여 미적기능을 높이고 유리의 방사율 등의 물성을 다르게 하여 열적 성능을 강화합니다. 
물질은 에너지를 흡수한 뒤 재방출(또는 방사)하는데, 이러한 능력을 방사율(emissivity)이라고 합니다. 복사열 방출은 창을 통한 열전달 방식 중 하나로, 창의 방사율을 낮추면 창을 통한 열 이동이 줄어 열성능이 향상됩니다. Low-E 코팅(Low emittance coating)은 유리 표면 코팅을 통해 방사율을 낮춘 것을 의미합니다. 일반 투명 유리의 방사율은 약 0.84로 장파장의 84%를 흡수 후 방사하고 16%는 반사하는 반면, Low-E 코팅을 하면 방사율을 0.04까지 낮출 수 있어 장파장의 4%만을 방사하고 96%는 반사하는 성능을 갖게 됩니다. 또한, 태양복사스펙트럼의 특정 부분만을 방사하도록 조정하여 가시광선 영역의 반사율은 낮추고 적외선 영역의 반사율만을 높여 가시광선투과율(VT)은 유지한 채 SHGC만을 낮추는 것이 가능합니다. 
Low-E 코팅은 박막코팅과 열분해코팅으로 이루어집니다. 박막코팅(sputtered coatings)은 일반적으로 금속(metal), 금속산화물(metal oxides), 금속 질화물(metal nitrides)을 3층에서 13층까지의 다층구조로 PVD(Physical Vapor Deposition)5) 방법으로 진행됩니다. 코팅의 총 두께는 인간 머리카락 두께의 1만분의 1에 불과합니다. 일반적으로 한층 이상의 은 코팅이 이루어지며, 은은 부식되기 쉬운 물질이기 때문에 내구성 확보를 위하여 열분해 코팅(pyrolytic coating)이 추가적으로 진행됩니다. 열분해 코팅은 금속 산화물(일반적으로 첨가제가 포함된 산화주석)으로 CVD(chemical vapor deposition)의 방법에 의해 Baked-on 표면층을 만듭니다. 열분해 코팅은 박막코팅보다 10~20배 두껍지만 결과적으로 Low-E 코팅막은 매우 얇습니다. 


5) 드라이 플레이팅이라고도 하며, 진공 중에 금속을 기화시켜 기화된 금속 원자가 산화하지 않은 채, 방해물 없이 피도금물에 도금이 된다. (1) 진공 증착법, (2) 스패터링법, (3) 이온 플레이팅법 으로 분류된다.


6) Lawrence Berkeley National Laboratory


Low-E 코팅의 성능에 따라 파장에 따른 차단 성능은 <Fig.6>과 같이 달라집니다. 낮은 태양복사열을 획득하는 Low-E유리는 가시광선투과율은 일반 투명 유리와 유사하지만 주로 열을 전달하는 적외선은 매우 낮음을 알 수 있습니다. 

지금까지 설명한 창의 성능 및 Low-E코팅 유리의 특성을 창유리의 종류에 따라 비교하면 <Table 1>과 같습니다. 유리에 별도의 열처리를 하지 않은 일반 유리(Clear Glazing)와 색유리(Tinted Glazing), Loe-E 코팅 유리의 가시광선투과율(VT), SHGC, 열관류율(U-factor)은 각각 다르게 나타납니다. 일반 유리를 기준으로 가시성이 떨어지는 유색 유리는 VT가 0.79에서 0.48로 낮아지며, Low-E 코팅 유리는 코팅 성능에 따라 SHGC가 0.70에서 0.38과 0.27까지 낮아집니다.



<서울에너지드림센터의 Low-E 코팅 유리 성능>
드림센터의 창과 커튼월에는 미국 C사의 Low-E 코팅 유리가 사용되었습니다. 총 3겹의 유리로 이루어진 삼중 유리로 내측과 외측 유리에 각각 Low-E 코팅이 되어있으며, 유리 사이에는 대표적인 비활성기체인 아르곤가스가 충진되어 있습니다. 일반 유리와 드림센터의 창에 적용된 유리의 가시광선, 자외선, 태양복사열에 대한 투과율과 단열성능을 비교하면 <Table 2> 와 같습니다. 가시광선 투과율은 일반유리와 비교하여 크게 낮아지지 않았지만, 자외선과 태양복사열 투과율은 상당히 낮음을 알 수 있습니다. 또한 열관류율(U-factor)도 일반유리에 상당히 낮습니다. 

7) Windows for high-performance commercial buildings (http://www.commercialwindows.org)




이를 더욱 쉽게 이해하기 위하여 외기온도에 따른 실내측 표면온도를 유리의 종류에 따라 비교하면 <Table 3>과 같이
일반유리에 비해 표면온도가 상당히 높게 나타남을 알 수 있습니다.



2016년 드림센터는 외부충격으로 인하여 한 장의 유리가 파손되었습니다. 유리의 교체가 시급하여 기존의 고성능 유리가 아닌 일반 Low-E 코팅 3중 유리로 교체를 하였습니다. 그 결과 의 <Fig.7(b)> 사진과 같이 열성능에 큰 차이가 나타남을 확인하였습니다. 사진은 5월 말에 촬영된 것으로 단열성능이 높다면 내부 표면온도가 낮게 나타나야 합니다. 겉으로 보기에는 똑같은 유리지만, 열성능카메라로 촬영하면 유리표면온도를 통해 유리의 열성능의 차이를 알 수 있는 것이죠. 그저 유리는 튼튼하고 잘 보이면 된다는 생각뿐만 아니라 열을 효과적으로 차단하여 에너지를 절약할 수 있어야 한다는 생각이 필요한 때인 것 같습니다.

8) Cardinal Glass Industries (https://www.cardinalcorp.com)

 



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