정부는 온실가스 감축 강화를 위해 제로에너지 건축물 확대와 탈 원전 및 친환경 신재생에너지로의 전환을 강조하고 있다. 이에 건축물 손실에 있어 가장 많은 부분을 차지하고 있는 창호의 중요성이 커지면서, 국가는 창호국책사업을 통해 고단열 창호와 신재생에너지를 발생하는 창호를 개발하고 있다.
창호 국책사업은 중소기업진흥청과 산업자원부, 국토교통부 등 관급에서 사업 공고를 하면 업체는 산학연 연구팀을 구성하여 사업계획서를 제출하면 공고를 낸 부서에서 평가 후 업체선정이 결정된다. 업체가 자체적으로 가지고 있는 좋은 기술을 국책사업으로 하기 위해서는 자유공모를 통해 기술을 제출하면 수요관리와 효율상승을 파악한 뒤 결정하게 된다.
연구 기자재 및 인프라 구축
창호 국책사업은 대기업에서도 참여를 하고 있지만 대부분 중소기업에서 수행하고 있다.
중소기업의 경우 제품을 개발하고 싶어도 자금이 부족하거나 인력을 갖추지 못해 사업진행이 어려운 게 현실이다. 그러나 개발하고 싶은 제품의 국책과제를 수행하면 개발비를 절약할 수 있으며 관련된 생산설비와 연구설비 등의 기반을 구축하기 쉬워진다.
또한, 제대로 된 성능 테스트가 가능하고 대학교와 연구원과 네트워크를 구성할 수 있어 제품개발의 어려움을 해결할 수 있다.
2000년대 초부터 시작한 창호국책사업은 초기 이건창호에서 가장 많은 업무를 수행했다. 이건창호는 고단열 커튼월과 BIPV, 진공유리 등 다양한 제품군에서 국책사업을 진행했으며, 커튼월 전문기업인 (주)알루이엔씨에서도 창호국책사업을 통해‘결로저항형 스마트 발열 시스템창호’를 개발했다.
최근에는 가장 많은 창호국책사업을 수행중인 (주)선우시스를 비롯해서 (주)거광기업, (주)긴키테크코리아 등 관급창호 주력업체와 KCC, (주)국영지앤엠에서 창호국책사업을 진행하고 있다.
제로에너지건축 의무화에 따른 고단열 창호 개발
제로에너지건축 의무화가 시행되고 친환경 신재생에너지 사용이 확대되면서 창호국책사업의 큰 축은 제로에너지 건물용 고단열 창호와 건물일체형 태양광발전(BIPV·Building Integrated Photo Voltaic), 스마트 유리를 이용한 스마트윈도우 등 3가지가 주로 개발되고 있다.
이 가운데 제로에너지 건물용 고단열 창호는 KCC와 (주)선우시스에서 창호국책사업으로 개발했다.
KCC는 지난해 국책사업으로 'MBR88Z(Tilt&Turn)시스템창호'를 선보였다. 한국토지주택공사(LH)가 추천하는 제로에너지건축에 적합한 추천 자재로 선정된 ‘MBR88Z’는 틸트앤턴(Tilt & Turn) 시스템창호로 단열과 편리성을 동시에 만족시키는 제품이다. 특히 패시브제로에너지건축연구소의 PH(패시브하우스) Z1 등급을 국내 최초로 획득한 제품으로 우수한 단열성이 돋보인다.
MBR88Z는 광폭 프레임에 다격실 구조, 3중 기밀 등으로 단열 성능을 극대화했다. 여기에 고성능 로이(Low-E) 삼중유리를 적용해 밖으로 새어나가는 에너지를 꽉 잡았다. 창문이 앞으로 기울어지게 여는 틸트 방식과 창문 전체를 안쪽으로 활짝 여는 턴 방식 두 가지 방법으로 개폐가 가능해 사용자가 환기량 조절도 편리하게 할 수 있다.
(주)선우시스는 ‘안전성능이 구비된 고단열 플랫형 무레일 미서기창호’를 국책사업으로 개발했다. 신제품은 외부 알루미늄과 내부 PVC창을 결합한 복합창으로 우수한 단열성뿐만 아니라 창의 이탈 방지기능을 통해 구조적 안전성을 극대화 했다. 특허를 획득한 신제품의 핵심 기술은 하부덮개를 적용한 플랫형 하부구조로 유지보수 성능 및 청결성을 향상시켰으며, 창짝의 이탈 방지 기술로 구조적 안전성 및 방범성능을 강화했고, 금속프레임 최적 단열기술로 제품의 단열성 향상 및 결로방지 효과를 높였다.
최근 NEP인증을 획득한 ‘다중 격실 이중 열차단 구조 프레임을 적용한 단열 커튼월’과 동일한 적용공법을 사용했다.
선우시스는 고단열 창호 외에도 태양열 취득율(SHGC)조절과 단열성능 30% 향상이 가능한 하이브리드 전동 차양/셔터, 태양광 유리온실, 건자재형 BIPV 모듈?시스템, 대면적 태양광 발전 창호, 모듈러 방식의 공기식 BIPVT 시스템, 에너지자립형 스마트 창호 등의 창호 국책사업을 수행하거나 마친 상태이다.
신재생에너지 보급 지원 강화에 따른 BIPV 개발 러쉬
지난 2019년, 정부가 BIPV에 대한 우선 지원을 선택하면서 탄력 받게 된 BIPV시장이 점차 그 영향력을 확대해 나가면서 창호국책사업에서도 큰 축을 담당하고 있다.
지난 2012년 이건창호에서 처음으로 BIPV 국책사업을 시작한 이래 2018년 (주)거광기업에서 개발을 시작했으며, 지난해에는 (주)긴키테크코리아 에서도 국책사업을 통해 개발을 진행했다.
(주)이건창호는 지난 2012년도 BIPV 관련해서 국책 과제를 수행하는 연구기관으로 선정됐으며 약 3년 동안 과제를 진행했다. 당시 정부의 태양광 기본 정책이 임야를 개발하는 방식에서 건물을 활용하여 보급하는 방식으로 전환됨에 따라, 요구되는 응용기술을 개발하고 본격적인 BIPV 보급에 대비한 제반 정책 및 기술 제공을 목적으로 했다. 특히 이건창호는 지난 2010년 확보한 진공유리 제작 기술을 활용하여 고단열 BIPV용 ‘Glass to Glass’ 모듈을 개발하기도 했다.
이건창호는 BIPV 외에도 2013년에 ‘신축/기축 건물의 냉난방에너지 30%이상 절감을 위한 커튼월 외피시스템 상용화 기술개발’로 국책과제를 수행했다.
이 후 국책사업을 하지 않았던 이건창호는 진공유리를 응용한 국책사업이 공고 되면 다시 국책사업에 참여할 방침이라고 관계자는 전했다.
(주)거광기업은 지난 2018년부터 국책과제로 ‘건물 외벽형 BIPV 통합 솔루션’개발했다.
‘Color BIPV’로 불리는 이 제품은 저철분유리를 사용해서 투과손실을 최소화하여 일반 모듈과 같은 전기를 생산하면서도 다양한 색상 표현이 가능한 제품이다.
기존 PV모듈은 단일 색상으로 건물 마감과의 조화를 이루기 어려워 건물이나 공동주택에는 적용이 어려운 문제점이 있었으나 ‘Color BIPV’제품은 다양한 색상 구현이 가능하여 건축물이나 공동주택 등 모든 외벽에 적용이 가능하게 하였다.
컬러뿐만 아니라 다양한 각도 조절이 가능하여 벽면에 평행하게 설치되더라도 에너지 생산효율을 극대화 시킬 수 있게 하였다. 이 제품은 더블스킨구조로서 단열성능이 우수하며, 광범위한 Tilting 각도 조절에 의해 시야확보가 이루어지 며, 건물 외부에서의 태양광 패널 교체작업도 용이하게 이루어 질 수 있게 하였다.
(주)긴키테크코리아(이하 긴키테크)는 지난해 중소벤처기업부 지역스타기업육성사업에서 건물일체형 칼라 태양광 창호를 개발했다. 컬러 태양광 모듈회사인 에스케이솔라에너지와 한국건설생활환경시험연구원과 함께 참여한 긴키테크는 건물 일체형 칼라 태양광 창호를 개발하여 심미적 향상 및 설치용이성 확보를 통한 일체형 제품을 구현하고자 했다.
BIPV는 전선을 해결하는데 어려움이 있었으나 긴키테크에서는 프레임 내부로 전선이 지나가도록 특허를 획득하여 편의성을 높였다. 상업용 건물뿐만 아니라 주택용 건물에도 사용이 가능하게 하였으며, 최근 주택용 입면분할창 하단부에 모듈을 넣어서 BIPV를 시행했다.
BIPV입면 분할창은 열관류율 0.881, 기밀성 1등급, 수밀성 50등급, 내풍압성 360등급 성능을 자랑하고 잇다.
(주)긴키테크코리아는 BIPV외에도 중소벤처기업부 산학연협력 기술개발사업에서 단열 및 내진성능이 우수한 고성능 창호를 개발했다. 국내 건축물의 경우 건물주요 구조부는 내진 설계 및 내진 구조기술을 적용하고 있지만 비구조 요소인 커튼월 및 창호는 내진설계를 고려하고 있지 않아 지진시 유리, 프레임 낙하로 2차 피해의 발생이 우려되고 있다.
긴키테크는 이러한 문제점을 해결하기 위해 지진 감지시스템과 지진에 대한 충격 흡수 구조를 가진 비노출바형 커튼월을 개발했다.
지진 감지시스템은 시설물의 변위(기울기/가속도)상태를 실시간 모리터링하여 측정하고 알리는 시스템으로 건물의 외부인 커튼월의 기울기와 진동상태를 검출하여 지진발생이 예상되면 사이렌 등을 통해 건물 내부인 들에게 알려 인명피해를 최소화 할 수 있게 하였다.
이 제품은 단열 및 기밀, 수밀, 내풍압, 내진성능(층간변위시험, 동적내진성능시험), 중금속 성능 등의 검증을 완료했다.
긴키테크는 ‘범용 프레임 구조체 및 이를 이용한 지진 충격흡수구조를 가진 커튼월’로 특허를 획득했다.
가변차양기술을 적용한 스마트윈도우
지금까지의 유리에 대한 개발은 난방 부하를 줄이기 위한 개발로 열관류율(U-Value)를 낮추기 위하여 코팅기술 개발 및 진공 복층유리 등에 초점이 맞춰져 있었지만, 최근의 연구동향은 냉방부하(G-Value)를 줄이는 연구개발이 대두되고 있다. 
냉방부하를 줄이는 방법으로 가변차양 기술이 대표적이며, 가변차양기술을 적용한 창을 스마트 윈도우라고 하며 스마트 윈도우 구현을 위한 기술로는 전기변색(Electrochromic, EC), Suspended-Particle(SPD), 액정(Liquid Crystall), 광변색(Photochromic), 열변색(Thermochromic)등이 연구되고 있다.
현재 스마트 윈도우 시장에서 냉방부하를 줄이는 방법으로 전기변색 유리(EC)가 가장 많이 연구 개발되어지고 있다.
(주)국영지앤엠은 ‘융합형 스마트윈도우 및 에너지 소비기기 연동시스템 개발’에 전기변색 접합기술 개발로 참여했다.
이 기술은 태양광의 투과율을 자유롭게 조절할 수 있는 물질을 접합유리 내부에 삽입하여 가변차양기능을 부여하고 에너지 소비기기인 냉난방기기를 연동시스템으로 제어함으로써 건축물 내부의 에너지 절감과 광학성능 제어로 실내 재실자의 쾌적한 성능을 향상할 수 있다.
또한, 태양에너지를 동력으로 주광 유입량을 스스로 조절할 수 있는 스마트윈도우를 개발함과 동시에 스마트윈도우와 연계하여 공간의 에너지 절감을 할 수 있는 조명/공조 제어 시스템을 개발하는 건물에너지 내부 에너지 효율 향상기술이다.
취재협조: 선우시스, 거광기업, 긴키테크코리아, 이건창호, 국영지앤엠
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