창호기술 : 여름철 에너지 절약을 위한 유리의 선택
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2012년07월17일 15시57분
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여름철 에너지 절약을 위한 유리의 선택
냉방부하 막는 기능성 유리 중요성 증대

차폐계수 등 냉방효율에 대한 규제 필요

현재 에너지 소비량의 98%를 수입에 의존하고 있는 우리나라에서 건축물 에너지 소비량은 국가 총 에너지 소비량의 25%(연간 약 17조원)를 차지하고 있다. 

에너지 소비량은 해마다 증가하고 있으며 특히 건축물에서의 에너지 소비량은 큰 폭으로 상승하고 있다. 대형 고층건물 증가에 따른 에너지 비용증대, 신규, 재개발 아파트를 중심으로 일반 주택증가, 주상복합, 발코니 확장 등 웰빙 트렌드에 의한 냉?난방비 급증은 가뜩이나 자원 부족국인 우리나라의 경제에 악영향으로 자리 잡고 있다. 이에 정부에서는 건축물에 대한 에너지절약 기준을 강화하고 있으며 건축물에 있어서 에너지 손실이 가장 큰 창호에 관련하여 지속적인 절감정책을 내놓고 있다. 

이는 건축물에 있어서 창호의 면적 증가와 무관하지 않다. 국내에서의 창호는 점차 대형화 되는 추세이다. 덧붙여 발코니 확장이 합법화되면서 외기와 유리창이 바로 맞닿게 되었고 조망권 확보와 감성공학적 설계에 의하여 창호의 면적은 지속적으로 증가하고 있다. 창을 통한 열손실량은 전체 건물의 약 25%를 차지하고 있다.

이렇듯 국내의 에너지 절약 정책은 이제는 선택이 아닌 필수로 자리를 잡아가고 있다. 이는 비단 국내뿐만이 아닌 전 세계적으로 에너지 절약은 큰 화두로 떠오르고 있다. 전 세계적으로 자원은 급속도로 고갈되고 있으며 과대한 에너지 사용은 자원의 고갈뿐만 아니라 환경의 파괴까지 연결되어 지구 온난화를 가속시키고 있다. 세계 각국에서는 ??저탄소 녹색성장??을 기치로 내 걸고 있으며 탄소배출을 억제하고 건축물에 친환경 설계 기준을 강화하여 에너지의 절약과 함께 깨끗하고 쾌적한 생활공간을 구현하기 위한 노력에 사활을 걸고 있다. 

에너지 절약에 가장 큰 비중을 차지하는 부분이 우리의 일상생활에 가장 밀접한 관련이 있는 건축물일 것이며 그 중에서도 두꺼운 외벽에 비해 열손실이 많이 발생하는 창호에서 특히 유리의 역할일 것이다. 하지만 정부의 에너지절약 정책의 노력에도 불구하고 에너지 손실에 가장 큰 부분을 차지하고 있는 난방부분에만 치중하고 있어 문제점으로 대두되고 있다. 

현행 건축법과 주택법, 에너지이용합리화법, 창호에너지소비효율등급제 등은 모두, 창호에 대한 난방만을 규정하고 있다. 단위면적 당 재료를 통과하는 열관류율과 통풍정도를 나타내는 기밀성, 유리 구성만을 기준으로 창호등급을 매기고 있을 뿐 여름철 냉방효율에 영향을 미치는 차폐계수가 빠져 있다. 건축물에서의 에너지 손실에서 난방 부분이 크게 차지하고 있는 것은 사실이지만 지구온난화로 인한 기후의 변화로 습하고 무더운 날씨가 기승을 부리는 여름철에 무더위로 인한 냉방기기의 과도한 가동은 전력난으로 나타나고 있으며 국가차원에서 큰 위기가 아닐 수 없다. 이렇듯 여름철 에너지 절약을 위한 유리의 기능을 제대로 알고 적절힌 선택하여 적용하는 지혜가 필요하다.

급속한 도시화 속에 건축물의 온실화 효과 상승 

국내 건축물의 에너지 절약을 위한 강도 높은 정책의 시행으로 열관류율을 낮추기 위한 노력은 계속되고 있다.
건축물의 열관류율을 낮추기 위하여 기능성유리인 로이유리를 적용한 복층유리를 비롯하여 가스주입, 단열스페이서 적용, 삼중복층유리에 이르기까지 많은 노력이 진행되고 있다. 하지만 이는 단열성을 높이는 방법으로 겨울철 난방에 대한 에너지절약에 효과가 높지만 여름철 뜨거운 태양으로부터 지키는데는 효과가 크다고 볼 수는 없다. 

특히 우리나라는 빠른 도시화가 진행되는 가운데 다양한 건축물이 도시 속에 밀집하게 되고 건물은 점차 초고층화되고 있는 것이 현실이다. 이는 뜨거운 태양에너지가 도시 속에서 확산되지 못하고 막히면서 도시 전체 온도가 올라가는 온실효과로 이어지고 있다. 지표면의 온도 상승은 무더운 여름을 더욱 뜨겁게 하며 냉방기기의 사용을 더욱 부추겨 에너지의 소비를 확대시키는 영향을 가져오고 있다. 주거공간 보다 상업공간등에서 더욱 두드러지게 나타나고 있으며 에너지의 과대 사용은 국가적으로 큰 위기를 부르는 것이 사실이다.  

뜨거운 여름을 이겨내기 위한 방법, 차폐계수를 낮춰라

여름철 뜨거운 태양열로부터 보호하고 쾌적한 생활을 영위하기 위해서는 유리를 통해 들어오는 열을 차단해주는 차폐계수를 낮춰야 한다.
차폐계수(Shading Coefficient)는 햇빛이 유리면에 침입하는 열량을 계산할 때 사용하는 계수로서, 일사 차폐물에 의해 차폐된 후의 실내에 침입하는 일사열의 비율, 즉 투명 유리창으로부터 침입하는 일사열을 기준으로 하여 그것과의 비율을 나타낸다. 여기서 차폐물은 유리를 나타내며 일사는 유리를 통해 들어오는 태양열을 나타낸다. 

차폐계수는 유리에 직접 투과된 태양열과 유리 내부로 흡수된 태양열이 실내로 방사열이 전달되는 정도를 나타내며, 일반적인 플로트유리(두께 5mm)의 차폐계수는 0.97이나, 복층유리의 경우는 0.81의 차폐계수를 갖는다. 차폐계수가 작으면 태양열 취득이 낮아지며 결국 좀 더 많은 태양에너지가 차단된다. 따라서 차폐계수의 수치가 낮을수록 여름철 유리를 통해 실내로 유입되는 태양열이 낮다는 것을 의미한다. 

하지만 무턱대고 차폐계수가 낮은 제품만을 찾을 수는 없다. 기본적으로 차폐계수를 낮추면 열관류율은 높아지고 가시광선 투과율은 낮아진다. 이는 태양열을 막아줌으로서 시원한 실내공간이 연출되지만 겨울에는 효율이 떨어질 수 밖에 없다. 또, 유리의 투명성을 바탕으로 넓은 조망권을 나타내는 가시광선 투과율도 떨어트려 탁하고 답답함을 느끼게 한다. 과거 차폐계수만을 낮추기 위한 노력이 있었다면 이제는 차폐계수도 낮추면서 열관류율과 가시광선투과율까지 고려한 고기능성의 유리 제품의 적용이 필요하다.

반사유리의 확대, 상황에 맞는 적절한 적용 필요 


국내 상업용 건축물을 비롯하여 주상복합, 초고층 건축물 등 다양한 건축물에서 차폐계수를 낮추기 위하여 반사유리를 많이 적용하고 있다.
반사유리(heat reflecting glass)는 보통의 투명유리 표면에 금속질의 얇은 막을 붙여 태양광선의 반사율을 높인 것으로, 건물의 냉방부하를 감소시키며 옥외에서 보면 거울처럼 보이는 특징이 있다.

반사유리는 에너지 절약효과를 목적으로 제작되어진 유리로서 특성상 가시광선의 반사율이 높다. 이와 같은 특성상 태양의 가시광선을 차단하여 냉방비를 절감하는 효과를 나타낸다. 또한 밖에서 보면 반거울 효과가 나타나게 되어 주변이 선명하게 보이는 디자인 효과도 띠게 된다. 보통의 반사유리는 유리제조 공정중에 유리표면에 특수코팅을 하여 제작되며 가시광선의 투과율을 70%이상 차단한다. 

반사유리는 투명한 것과 색이 들어있는 제품이 있는데 투명한 반사유리도 약 15%의 가시광선이 차단되고 실버나 브라운 같은 어두운색의 반사유리는 약 59%의 가시광선이 차단되어 그만큼 어둡게 된다. 반사유리의 사용이 꾸준히 늘어나는 이유는 비단 냉방비 절감만 있는 것이 아니다. 다양한 색상으로 미려한 건축물의 조형을 이룰 수 있으며 높은 가시광선 반사율로 선명한 반사영상도 얻을 수 있다. 

이는 건축물의 미려한 외관을 중시하는 관점에서 반사유리는 주변의 환경을 유리에 그대로 투영되어 보이게 함으로서 건축물을 보다 심미하고 고급스럽게 연출할 수 있는 특징을 갖추고 있다. 이 외에도 건축물 외부에서 내부가 잘 보이지 않아 프라이버시 보호효과도 높다. 최근에는 반사유리로는 블루반사유리가 건축물에 많이 적용되고 있다. 

반사유리 이외에도 자동차에 썬팅을 한 것처럼 색상을 넣거나, 그린, 블루등 색유리들도 일반 투명유리 대비 차폐계수를 낮출 수 있다. 하지만 난방에너지를 잡기 위해 로이유리만을 강조하면 냉방효율이 떨어지는 것과 마찬가지로 냉방의 효율만을 강조하면 난방의 효율이 떨어지고 깨끗한 조망권을 방해받기도 하는 것이 사실이다. 

특히 과도한 반사유리의 적용은 급속한 도시화가 진행되는 우리나라에서 주변 환경에 많은 피해를 야기시키기도 한다. 이는 과도한 반사를 통해 주변에서의 눈부심이 발생하고 이로 인해 다양한 사고도 유발시킬 수 있고 도심의 미관을 해칠 수 있어 적절한 사용이 이뤄져야 한다. 최근 부산 해운대 초고층건물의 외벽 유리가 반사가 심해서 소송을 당하는 사례도 나타나고 있다. 적절한 반사유리의 사용은 건축물을 돋보이게 하고 다양한 기능적인 면을 가져다주지만 과도한 적용은 남에게 큰 피해를 끼칠 수 있다. 

반사율이 높으면 가시광선 투과율이 낮아지기 때문에 적절한 반사율을 유지해야 하며 최근 나오는 기능성코팅유리는 빛을 반사하는 것에서 벗어나 코팅면이 열을 흡수하여 냉방에 효율성은 높이고 유리의 투명성은 보장해주는 제품이 선보여지고 있다. 난방을 위한 로이유리와 냉방을 위한 솔라유리, 더 나아가 4계절용의 복합기능성유리의 적용은 건축물의 에너지 손실을 최소화하는데 필수적용 아이템이다.

유리의 특성을 제대로 인식해 쾌적한 생활공간 구현 

건축물에서의 유리 적용에 있어 무턱대고 난방만을 강조하거나 냉방만을 강조할 수는 없다. 유리의 특성을 제대로 파악하고 공간에 맞는 적절한 유리의 적용은 여름철에 뜨거운 태양열도 막고 겨울철을 따뜻하게 보낼 수 있으며 깨끗한 조망권까지 확보할 수 있는 방법이다. 

건축에서의 유리의 특성은 열 취득과 열 손실의 정도를 나타내는 계수인 열관류율(이 값이 작을수록 단열성능이 우수함), 입사된 태양 복사에너지 가운데 실내의 열로 작용하는 태양열취득계수(차폐계수)(이 값이 작을수록 실내의 과열을 막을 수 있고 냉방에너지가 저감됨), 유리를 통해 유입되는 태양 스펙트럼 가운데 가시광선 영역 빛의 양을 나타내는 가시광선투과율(이 값이 클수록 채광과 조망 효과가 우수함) 등이다. 보통유리는 투명하고 가시광선투과율이 높아 채광과 조망에 유리하지만 열관류율이 높아 단열에 불리하고 태양열취득계수도 커 냉방에너지 소비를 증가시킨다. 

국내 건축물에서의 에너지 절약의 가장 큰 핵심은 단열을 통한 난방에너지의 절감에 있다. 장파장(2,500~40,000nm)의 적외선 에너지(열선)를 어느 정도 반사하는가를 나타내는 척도인 방사율(Emissivity)이 낮을수록 단열성능이 좋은 유리라고 할 수 있는데, 이런 유리 제품을 로이유리(Low-Emissivity glass)라고 한다. 이 로이유리를 창에 사용할 경우, 난방이 필요한 계절인 겨울철에 실내의 난방에너지를 절감할 수 있는 중요한 역할을 한다.  

반면 사계절이 뚜렷한 우리나라 기후에는, 특히 지구온난화 등의 이유로 요즘처럼 여름이 길어짐에 따라 겨울철 단열성능에만 유리의 효율성을 논하는 것은 다소 부족한 면이 있다.  따라서 여름철 냉방부하를 줄일 수 있도록, 유리의 성능을 고려하여 적절한 유리를 선택하는 것이 중요하다.
이렇듯 냉난방의 효과를 다 갖추고 있는 복합기능성유리의 적용도 고려해봐야 하며 지역과 건축물의 위치, 방향등을 고려하고 주거공간, 상업공간을 고려해 적절한 유리의 선택은 반드시 선행되어야 한다. 보통 저녁에 시간을 대부분 보내는 주거공간인 공동주택은 냉방보다는 난방에 초점을 맞춘 로이유리의 적용이 우선시 되는 것이 맞다. 반면 낮에 주로 생활하게 되는 상업용 공간에서는 냉방 효과가 더 큰 비중을 차지할 것이다. 

태양을 많이 받는 방향과 적게 받는 방향에 따라 유리의 적용을 다르게 하며 난방 효과가 우수한 로이유리에 블루, 그린의 유리 및 반사유리를 복합적으로 적용했을 때 에너지절약에 더욱 높은 효과가 나타나게 된다. 이 외에도 자외선 차단효과가 우수한 솔라유리, 로이유리와 반사유리의 장점을 합친 복합기능성유리등은 건축물에서의 핵심 유리제품으로 점차 부각되고 있다. 

창호의 에너지절약 기준에 냉방효율 추가 필요 

국내뿐만 아니라 전 세계적으로도 건축물의 유리의 적용은 늘어나고 있다. 이는 건축물의 다양한 디자인 연출이 가능하고 깨끗한 조망권을 연출하며 쾌적한 생활공간을 추구할 수 있어 유리의 특성을 통해 필요성은 점차 늘어나고 있다. 

하지만 건축물의 에너지 절약 측면에서 유리가 가장 취약한 것으로 인식하여 유리의 사용 면적을 줄여야 한다는 의견도 나오고 있는 것이 사실이다. 이는 유리의 특성을 제대로 파악하지 못하고 단지 유리가 에너지 손실의 주범으로 인식하는 우를 범하는 것이다. 적절한 유리를 적용했을 시 높은 채광 효과를 통해 에너지절약 이 외에도 다양한 혜택을 볼 수 있다. 이러한 적절한 유리의 적용에 있어 제도적인 장치가 분명히 선행되어야 할 부분이다. 

당장 오는 7월부터 시행되는 창호에너지소비효율등급제를 비롯하여 국내 그린홈 등 다양한 정책에는 난방에너지만을 강조한 열관류율을 우선적으로 정해놓고 있다. 이는 겨울철 난방에너지를 줄일 수 있는 규정이 있는 반면에 여름철의 태양열선 차단에 대한 기준(g Value)은 없는 것이 가장 큰 문제점이다. 건축물에 적용되는 유리는 여름철에 덥다고 문제가 아니고 겨울철에 춥다고 문제가 아니라 건축물에서 창호의 U-Value와 g-Value가 모두 검토되어 에너지 소비의 총량을 보고 창세트의 효율등급을 판단해야 한다. 미국 창호등급위원회의 경우 NFRC 인증제도를 통해 창호성능레벨을 구분하고 소비자에게 정확한 창호의 성능 정보를 제공할 수 있도록 열관류율, 태양열 취득계수, 가시광선 투과율, 기밀성능 등을 평가해 제시하고 있다.

창호의 성능을 냉방 및 난방 에너지로 구분해 제시하고, 소비자가 자기 기후 및 지역조건에 맞는 창호를 선택할 수 있도록 관련 정보를 제공함으로써 고효율 창호의 보급을 촉진하고 있는 것이다. 이렇듯 국내도 궁극적인 에너지절약을 목표로 한 건축물의 기준을 잡기 위해서는 난방과 함께 냉방도 고려되어야 실질적인 에너지절약을 실천할 수 있다. 여름과 겨울 그리고 모든 계절에 최적인 유리를 선정하기 위하여 차폐계수를 고려해야 한다는 점을 조속히 인식할 필요성이 있다.

건축물의 구조와 우리나라 기후에 맞춘 적절한 유리 선택 중요 

일반적으로 난방에너지를 중심으로 하고 있는 열관류율에 따른 단독주택을 비롯한 건축물에 적용되는 로이유리는 냉방에는 큰 효과를 미치지 못한다. 

하지만 난방에너지의 손실이 더 큰 부분을 차지하기 때문에 전체 냉난방 에너지 절약을 위해서도 로이유리의 사용은 필수가 되어야 한다. 우리가 흔히 알고 있듯이 복층유리를 비교했을 때 차폐계수가 높을수록 일사량이 실내로 많이 유입되어 결과적으로 난방에너지의 감소로 인한 연간 냉난방에너지의 사용량이 줄어드는 것은 맞다. 하지만 난방 에너지는 차폐계수가 높을수록 감소했지만 냉방에너지의 사용량이 급격히 증가해서 오히려 연간 냉난방 부하가 증가하게 된다. 

이 외에도 건축물의 위치에 따라서 냉난방의 효율이 크게 달라진다. 같은 조건에서 건축물이 정남향에서 남향과 서향으로 이동했을 시 냉난방 에너지의 사용량은 증가한다. 이는 차폐계수가 커짐에 따라 난방에너지 사용량의 감소보다 냉방에너지 사용량이 증가하기 때문이다. 건축물의 방향이 정남향이 아닐 경우 차폐계수에 중요성은 더욱 커지고 냉방에너지 사용 비율은 더욱 높아진다. 건축물의 방향에 따라 일반 투명유리에서부터 로이유리, 색유리, 반사유리, 복합기능성유리등 다양한 조합의 연구와 시도가 필요하다. 

특히 여름이 길어지고 더워지는 우리나라 기후에 맞춰 태양을 효과적으로 막아주고 효율적인 난방에도 효과가 높은 유리의 적절한 선택은 반드시 선행되어야 한다. 이 외에도 건축물의 형태에 따라 상업용 건물처럼 전체적으로 유리의 개폐가 쉽지 않은 공간이나 주거용 공간 등 상황에 맞는 유리의 선택이 필요하다. 일반적으로 태양열을 차단해주는 열선 반사유리, 난방에너지를 절약하는 로이유리, 두 가지 기능을 다 갖춘 복합기능성유리등 적절한 선택을 할 수 있다. 

건축물에서 에너지 손실의 주범은 유리가 아니다. 적절한 유리를 선택하여 에너지 절약을 최대화 할 수 있으며 쾌적한 생활공간 연출이 가능하다. 특히 요즘처럼 무더운 날씨가 오랫동안 지속되는 여름철에는 적절한 유리의 선택이 에너지 절약의 큰 힘이 될 수 있으며 주상복합의 탑상형 구조의 건축물이 많이 들어서고 있는 현실에서 유리를 통해 들어오는 뜨거운 태양열로부터 벗어날 수 있는 선택일 것이다.  

  

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