에너지절약에 포커스 맞춘 미래의 건축용 유리시장은?

건축물의 에너지 손실 중 유리를 통해 빠져나가는 에너지 손실이 큰 부분을 차지하고 있는 상황에서 새는 에너지를 막고 효율적인 에너지 사용과 쾌적한 실내공간 연출을 위해 기능성 유리시장도 큰 변화가 일 것으로 예측되고 있다.

과거 일반 투명유리를 적용한 복층유리 시장에서 이제는 에너지를 절약할 수 있는 기능성유리인 로이유리, 반사유리, 솔라유리 등이 주거 및 상업용 공간에 필수적으로 적용되고 있으며 유리에 다양한 코팅기술 발전은 체계적인 에너지 절약 시스템을 충족시켜주고 궁극적으로 유리에서 에너지까지 생산하여 패시브하우스를 넘어 제로에너지하우스의 시장 확대에 큰 몫을 할 것으로 판단되고 있다. 급속히 발전하고 있는 유리의 신기술 개발이 유리시장의 블루오션으로 자리 잡을 것이며 시장의 변화에 발맞춰 차세대 유리시장을 이끌어 갈 수 있는 신규 아이템의 적용을 지금부터라도 준비해야 할 것으로 보인다.

에너지절약의 기본, 단열성 높여주는 로이(Low-e)유리

에너지절약의 대표적인 유리는 단연 로이유리이다. 로이유리의 가장 큰 특징은 겨울철에는 실내로부터 발생되는 적외선을 반사해 실내로 되돌려 보내고 여름철에는 실외의 태양열로부터 발생하는 복사열이 실내로 들어오는 것을 차단해 창호의 단열성능을 우수하게 해준다.
현재 정부에서는 저탄소 녹색성장을 중심으로 건축물에 강도 높은 에너지 절약 정책을 시행하고 있다. 순차적으로 열관류율을 낮추고 있으며 향후 2025년 제로에너지하우스까지 목표로 내세우고 법제화를 진행 진행 중에 있다. 이에 기본적인 에너지 절감의 열관류율을 낮춰줄 수 있는 유리가 로이유리이며 에너지절약에 탁월한 성능을 인정받고 있다.

로이유리를 적용하였을 때 일반 복층유리에 비해 에너지가 25%절감이 돼 냉난방비를 감소할 수 있다. 국내에 친환경 녹색성장이 자리 잡아가면서 신축건물의 대부분이 로이유리를 적용하고 있으며 이제는 로이유리는 필수 아이템으로 자리잡아가고 있다. 이는 법제화와 함께 지속적인 성장을 예상되고 있다. 열관류율을 낮추고 에너지 절약형 고기능성 창호를 제작하기 위해서 일반 싱글로이유리에서부터 더블로이유리의 사용이 높아지고 있으며 더 나아가 트리플로이유리까지도 국내에 점차 적용이 이뤄지고 있다.

태양열 막아주는 반사유리, 자외선 막아주는 솔라유리

우리나라는 사계절이 뚜렷하고 최근 지구 온난화 현상의 가속으로 이상기후가 많이 발생하면서 여름철에는 이상고온 현상이 많이 발생하고 있다. 이에 냉방가전 사용량이 늘고 있으며 해마다 전력난을 겪고 있어 일반 가정뿐만 아니라 산업계에서도 적지 않은 타격을 받고 있는 것이 사실이다. 기능성유리의 기본으로 자리 잡은 로이유리와 함께 여름철 냉방부하를 경감시켜주어 에너지절약에 앞장서고 쾌적한 생활을 영위할 수 있게 도움을 주는 기능성유리는 반사유리와 솔라유리 등이 있다.

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 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.

솔라유리는 일반유리 대비 자외선 차단 효과가 우수한 유리를 말하며, UV-cut glass라고도 한다. 그동안 고급 자동차용 유리에만 적용되어 왔으나 최근에는 건축용 유리에 적용되어 많은 각광을 받고 있다. 기본적으로 유해한 자외선을 차단해주기 때문에 실내의 가구 및 소품 등의 변색을 방지해주고 건강을 지켜주는 역할을 하며 직사광선을 적절히 차단하여 실내 온도 분포를 균일하게 유지시켜 냉방비를 절감하는 효과까지 갖추고 있다.

에너지를 생산하는 태양광 유리

삼중유리와 진공유리가 에너지의 손실을 최소화시켜주는 높은 기능성유리라면 정부가 청사진을 밝힌 2025년 ‘제로에너지하우스’의 개념까지 간다면 결과적으로 에너지의 소비량을 줄여주는 선에서 끝나지 않고 건축물이 에너지를 직접 생산하여 자급할 수 있는 구조의 방향으로 진행되어야 한다. 유럽 및 일본 등 다양한 나라에서 이러한 시도를 지속적으로 하고 있으며 건축물의 에너지 자족을 위해서는 태양광 유리 산업의 발전은 반드시 필요하다.

태양전지 시장과 함께 관련 부품 소재 시장도 동반 성장 중으로 특히 건축물에 적용되는 건물일체형 태양광발전인 BIPV 시장은 2014년 82,300만 달러에서 2019년 27억 달러로 성장할 것으로 예측된다. 또한 2021년 BIPV 유리 출하는 760만㎡ 를 초과할 것으로 전망된다. BIPV 유리는 제로에너지빌딩을 가능하게 하는 주요 기술이고 미국과 유럽에서 의무적으로 사용해야 하는 수가 증가하고 있기 때문에 빠른 시장 확대가 예상되고 있다. 이러한 BIPV에 핵심이 되고 있는 태양전지용 유리기판 등 유리재료는 다른 용도를 비롯 대규모 산업을 이루고 있다. 태양전지 산업용 유리의 세계 규모는 2009년 기준으로 약 11.7GW 수준으로 이를 유리 면적으로 환산하면 약 11만4523Ksqm 정도이며 무게로 환산하면 약 900kton가량으로 예상되고 있다.

태양전지에서 유리는 결정질 실리콘 태양전지 뿐 아니라 비정질 실리콘 박막형, CIGS 박막형, CdTe 박막형 등 다양한 형태의 태양전지 모듈을 보호하는 커버유리 등으로 사용된다.

커버유리의 사용조건은 흔히 건축용 유리로는 공정상 500~1000ppm 정도의 철분을 함유한 저철분 유리가 사용되는데 이 철분으로 유리 투과율이 낮아지고 이는 태양전지의 모듈 효율과 직결된다. 결국 효율을 위해 철분함량이 150~200ppm으로 낮은 저철분의 백색유리를 사용한다. 또 태양전지용 커버유리로는 플로트 유리나 무늬유리가 있고 이들 모두 강화과정을 거쳐야 태양전지에 사용할 수 있다.

커버유리에는 반사 방지막을 입히는데 이는 태양광 반사를 막기 위한 것. 반사로 인한 태양광 손실은 결국 변환 효율을 낮추기 때문이다. 일반적으로 창유리에 사용되는 소다라임 유리의 태양광 반사율은 4%다.

태양광 산업은 일반적으로 PV, BIPV로 나뉘며 모듈산업인 PV 보다는 건물일체형의 BIPV시스템의 관계법령이 점차 강화될 것으로 예상되고 있다. 일반적으로 태양광 모듈을 생산하여 유리에 접합공정을 거치고 가공을 통해 틀에 맞추고 끼워지는 공정을 거쳐 BIPV일체형 유리가 적용된다.

태양광 유리는 2009년 10.49달러/sq.m로 가격이 50% 넘게 떨어졌다가 2015년 4.60달러/sq.m로 안정세를 유지하다가 점차 올라 2018년 5.90달러/sq.m 으로 오를 전망이다. 이는 유럽과 중국유리업체 반덤핑관세 부과(2014년)로 그동안 하락 추세에서 가격의 상승이 있을 것으로 보인다.
2014년 기준 중국이 세계 태양광 유리시장의 약 27%(2010년 7%)를 차지하였고, 유럽에 수입된 태양광유리의 90%가 중국산으로 시장의 지배적인 구조를 갖고 있다. 이는 중국이 유럽에 덤핑 수출을 통해 시장 가격대비 20~30% 하락을 가져왔다. 중국 태양광유리 생산능력이 4억스퀘어미터로 유럽전체 수요의 8배가 넘는 큰 규모이다.

국내 유리가공업체들은 대부분 모듈생산보다는 가공파트에 초점을 맞추고 있으며 연속로를 통한 강화시설등을 갖추고 있다. 가공파트에 초점을 맞추는 것은 기존 모듈생산과 접합의 공정에서 전기적인 부분의 어려움과 초기투자비용이 많이 들기 때문에 모듈제작업체와 협력관계를 유지하여 제품을 생산하는데 힘을 쏟고 있다. 하지만 현재까지 태양광 유리시장은 아직 미미한 수준으로 국내에서는 많은 어려움을 겪고 있는 것이 사실이지만 향후 시장이 빠른 속도로 커질 것을 예상하여 준비를 서두르고 있다.

차세대 유리산업의 핵심 ‘스마트 유리’

태양광 유리와 더불어 차세대 유리산업에서 주목받고 있는 제품이 스마트 유리이다.
스마트 유리 혹은 스마트 윈도우는 일반적으로 켤 수 있는 창으로 알려져 있으며 전압이 걸리면 빛의 투과성을 변화시킬 수 있다. 특정 형태의 스마트 유리는 사용자가 통과하는 빛과 열의 양을 제어할 수 있게 한다. 버튼만 누르면 그것은 투명하다가 불투명하게 되거나 또는 반투명하게 된다. 스마트 유리 기술은 전기 크로미즘 소자, 액정 소자 등에 적용된다.

스마트 유리의 임계적인 특색은 설치비용, 전기의 사용, 신뢰성뿐만 아니라 제어 속도와 같은 기능성, 유리의 투명성 등이 있다.
외부에서 유입되는 햇빛의 투과율을 자유롭게 제어할 수 있는 스마트 유리 시장이 활황을 누리고 있다. 가시광선 조절, 자외선 차단, 적외선 반사등 다양한 기능성을 갖춘 제품들이 개발되면서 건축, 인테리어 시장에도 빠르게 영역을 확장하고 있다.

이미 유럽을 비롯한 미국 등 선진국은 스마트 유리 시장이 차세대 고부가가치 시장으로 예견하고 집중적인 투자와 연구개발을 진행하고 있다.
전세계 스마트 유리 시장은 지난 2013년 23억 3,200만달러(약 2조 5,800억원)에서 오는 2020년 52억 6,800만달러(약 5조 8,400억원)로 2.2배 성장을 할 것으로 예측되고 있다. 주거용과 상업용이 각각 8억 9,600만달러(약 9,900억원), 6억 4,600만달러(약 7,160억원) 시장을 형성할 것이라는 전망이다.

국내 시장은 아직 적용이 미비하고 초기 단계라 정확한 집계는 불가능 하지만 빠르게 시장 확대가 진행되고 있으며 에너지절약에 높은 관심과 함께 큰 폭의 성장세를 거듭하고 있다. 건축용 유리에 태양열을 차단하는 스마트유리를 적용하면 냉난방 용량을 25%까지 줄일 수 있어 전체 에너지 소비량도 40%이상 절감할 수 있다. 스마트 유리가 건축에 적용되면 일반적인 차양장치와 커튼 등이 필요치 않으며 가시광선, 자외선, 적외선을 동시에 제어하는 고기능성 창호 시장의 확대로 높은 부가가치를 얻을 수 있다.

국내 건축시장에서 스마트 유리 적용에 있어 걸림돌은 높은 가격과 일반 창호 대비 낮은 내구성을 들 수 있다. 특히 광투과율의 다양성이 부족하고 색상이 단조로운 점도 한계점으로 지적되고 있다. 이를 위해 신소재 및 신기술의 개발이 필요한 시점이며 기능과 더불어 효율성, 건축물의 미적 감각까지 연출할 수 있다면 시장성은 상당히 높다고 볼 수 있다. 스마트 유리 시장의 발달은 건축물의 실내 온도 제어에 큰 역할을 차지하며 신개념 기능성 유리로 건축시장에 큰 파급력을 가져올 것으로 예상된다.