건축물 에너지 절약, 고기능성 유리로 잡는다

최근 들어 국내 건축시장에 가장 큰 화두로 자리 잡고 있는 것이 에너지절약형 친환경 주택의 구현이다.
전체 에너지 소비량의 98%를 수입에 의존하고 있는 우리나라에서 건축물 에너지 소비량은 국가 총 에너지 소비량의 25%(연간 약 17조원)를 차지하고 있다. 대형 고층건물 증가에 따른 에너지 비용증대, 신규, 재개발 아파트를 중심으로 일반 주택증가, 주상복합, 발코니 확장등 웰빙트렌드에 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.

다시 말해 건축물에서 창호로부터 빠져나가는 열손실을 막는 것이 에너지절약에 직결되는 문제이기 때문에 기능성유리를 적용한 창호의 중요성은 크게 부각되고 있다. 최근 정부에서는 전체 건축물에 대한 열관류율을 선진국 수준으로 낮추고 있으며 이에 부합하기 위해 단열성능을 높인 건축자재가 각광을 받고 있다. 특히 유리를 통해 빠져나가는 열손실을 잡기 위해 고기능성 유리의 확대는 반드시 이뤄져야 하는 부분이다.

정부의 녹색성장 방침, "열관류율을 낮춰라"

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.

국내도 저탄소 녹색성장의 목표를 잡고 에너지 절약형 친환경 건축물의 법제화를 빠르게 진행하고 있으며 이에 에너지 절약형 창호시장에서의 큰 변화가 예고되고 있다. 정부의 저탄소 녹색성장은 건축물에 있어 열관류율을 낮춰 에너지 소비를 최소화하는데 가장 큰 의의가 있다. 이를 위해 국토해양부는 2009년 에너지 절약형 친환경주택(그린홈)의 건설기준을 고시했다. 최초 고시와 함께 지속적인 개정안을 내놓고 있으며 기존 공동주택 대비 20%이상의 에너지를 절감하는 방안을 고시하고 있다. 특히 건축물에 있어서 에너지 절약에 가장 기준 지표가 될 수 있는 부분이 열관류율이다.

정부에서는 친환경주택의 도입과 건설기준 및 성능을 마련하고 있으며 이러한 친환경 건축물에 있어 열관류율을 낮추는 것이 가장 큰 과제로 떠오르고 있다. 친환경 주택 기준에서 정해진 열관류율은 전용면적 60㎡ 초과주택은 외기를 직면한 중부지역 1.4, 남부지역 1.6, 제주 2.0이며 전용면적 60㎡이하 주택은 외기직면 중부지역 1.7, 남부지역 2.1, 제주 2.5이다. 이렇듯 건축물의 에너지 절약의 중심에 있는 창호에서 열관류율을 줄이기 위한 노력으로 높은 단열효과를 나타내는 고기능성 유리의 필요성은 점차 커지고 있다.

건축용 단열복층유리 시장 1500～2500억 규모 추산

외기와 맞닿고 있는 건축용 유리시장에 있어서 가장 중요하게 부각되고 있는 제품은 복층유리이며 고기능성 유리를 적용한 단열 복층유리시장은 큰 폭의 성장세를 나타내고 있다.

복층유리는 최소 2장의 판유리와 간봉(Spacer)을 이용해 건조한 공기층을 갖도록 만들어진 제품으로 창을 통해 빠져나가는 열에너지의 양을 감소시켜 단열과 결로방지의 효과를 준다. 특히 단열에서의 효과가 우수하여 난방비를 절약하며 소음차단의 효과와 함께 원판 색상에 따른 건축물의 개성도 표현할 수 있다. 건축물에 있어 복층유리는 실외와 맞닿는 공간에 많은 적용이 이뤄지고 있으며 에너지절약에 있어서 복층유리의 중요성은 높아지고 있다. 복층유리 구성 및 품질에 따라 에너지 손실에 큰 차이를 보이며 고품질의 정확한 복층유리의 적용은 에너지 절약에 가장 기본이 되고 있다.

국내 복층유리 시장은 연간 3000만㎡에 금액으로는 총 1조원 가량의 시장으로 추산되고 있다. 이중 건축용 단열복층유리 시장은 1500～2500억 규모로 추산되고 있으며 향후 2015년에는 8000억까지 성장할 것으로 업계는 기대하고 있다. 과거 16mm복층유리(5mm유리+6mm공기층+5mm유리)가 주류를 이루던 시장에서 단열에 효과를 극대화하는 22mm(5mm유리+12mm공기층+5mm유리), 24mm(6mm유리+12mm공기층+6mm유리)이상의 복층유리로 시장은 점차 변하고 있다.

복층유리에서 단열성을 높이기 위해서는 가장 중요한 부분이 유리의 선택이다. 단열성을 극대화 시켜주는 로이유리의 기본 적용은 선행되어야 하며 복층유리 내부의 공기층에 아르곤 및 크립톤 가스를 삽입하여 단열성능을 높이는데 많은 노력이 진행되고 있다. 덧붙여 단열 스페이서의 적용으로 결로예방 및 단열성능을 더욱 높여주는 것은 반드시 필요하다.

복층유리 단열성능 높이기 위한 기본은 로이유리 적용

건축물의 에너지 절약에 있어 복층유리의 역할이 중요하게 부각되고 있는 시점에서 가장 필수적으로 적용되어야 하는 것이 고기능성 유리이며 그 중에서도 로이코팅유리의 적용은 기본으로 자리 잡고 있다.

현재 생산되고 있는 판유리 중 단열성이 가장 뛰어난 제품은 에너지 절약형 유리인 로이유리(Low-E)일 것이다. 로이유리는 저방사 코팅(low-emissivity coating)법을 이용하여 유리의 표면에 아주 얇고 실제 잘 보이지 않는 금속막 또는 금속 산화 처리된 막을 입히는 방법으로 생산된다. 유리 표면에 금속등의 물질의 코팅으로 가시광선 투과율은 일반유리와 비슷하지만 적외선 반사율을 높여 실내외 온도차이가 클 경우 유리를 통한 열전달이 거의 없도록 제작되는 기능성 유리이다.

현재 국내에서는 하드로이 코팅제품은 생산하지 않고 있으나, 상대적으로 성능이 뛰어난 소프트로이유리를 생산하고 있으며 최근에는 소프트로이 제품 중에서도 더욱 업그레이드 된 제품들이 부각되기 시작했다. 예를 들어, 국내 판유리 제조업체에서 설비증설과 기능추가 등의 노력으로 국제규격의 표준설비를 갖추고 강화가능 저방사막(Temperable Low-E)와 단열성능을 높인 이중저방사유리(Double Low-E)를 생산하고 속속 출시하고 있어 더욱 다양한 기능의 로이유리가 공급될 수 있을 것으로 기대된다.

Temperable 로이유리는 최근 건축물이 고층화 되고 있는 시점에서 그에 따른 풍압력을 견디고 안전성을 고려한 강화유리가 요구되고 있는 시점에서 코팅된 유리 자체를 강화할 수 있다는 장점으로 신속한 납기가 가능하게 되어 로이유리의 보급을 앞당길 수 있다. Double 로이유리는 전기전도성이 높은 Ag 막을 두 번 코팅하여 기존 Single 로이유리 (Ag 막을 한번 코팅) 대비 겨울철 단열성능은 약 10% 향상, 여름철 태양열 차단성능은 약 20% 이상 높일 수 있는 고단열 고차폐 로이유리로 열관류율을 더욱 낮출 수 있어 적용이 확대될 것으로 예상된다.

로이유리의 가장 큰 특징으로는 겨울철에는 실내로부터 발생되는 적외선을 반사해 실내로 되돌려 보내고 여름철에는 실외의 태양열로부터 발생하는 복사열이 실내로 들어오는 것을 차단해 창호의 단열성능을 우수하게 해준다.

일반적인 싱글로이유리는 결로예방 및 난방효과를 극대화 시켜주는 역할을 한다. 하지만 여름철 냉방효과는 극히 미미한 수준이어서 큰 효과를 볼 수는 없다. 이에 반해 솔라유리는 자와선, 태양열, 직사광선을 차단하여 주어 냉방에너지의 절감효과에 크게 기여한다. 여기에 더블로이(Double Low-E)는 복합기능의 4계절용으로 냉방 및 난방의 효과를 극대화하고 있다. 창호로 인해 빠져나가는 열손실의 대부분은 유리에서 차지하고 있으며 이러한 유리에 고기능성 로이유리를 적용하는 것이 창호의 단열 성능을 높여주며 친환경 에너지절약형 건축물의 가장 기본 아이템으로 자리 잡고 있다.

친환경 주거공간 구현, 삼중유리로 차별화

에너지 절약을 위한 복층유리에 로이유리 적용은 기본이 되고 있는 시점에서 정부의 친환경 녹색성장의 기본이 에너지 절감의 기준을 계속적으로 높이고 있는 방향으로 진행되고 있으며 향후 2020년 제로에너지하우스까지 청사진을 밝히고 있는 시점에서 단순 로이복층유리만으로는 열관류율을 낮추는데 한계가 있는 만큼 업계에서는 삼중유리의 개발 및 적용을 높여나가고 있다.

그 동안 고가 이미지로 특정한 건물에 사용되는 이미지가 강했던 삼중유리 시스템이 최근 정부의 녹색성장과 맞물려 ??저에너지 친환경 주택?? 구현에 필수적인 요소로 받아들여지고 있다. 이에 따라 일반 창호시스템에 비해 열성능이 우수한 삼중유리 창호시스템의 수요량이 늘어날 것으로 보이며 또한 건설사에서 발코니 이중창 대체로 삼중유리를 적용한 단창을 선호하고 있어 수요는 지속적으로 늘어날 것으로 예상된다.
에너지 절약을 위한 고성능의 복층유리의 필요성이 높아지면서 로이를 적용한 일반 복층유리에 비해 열성능이 우수한 삼중유리 창호시스템의 수요량은 꾸준히 증가하고 있다.

삼중유리의 가장 기본적인 구조는 3장의 유리와 2겹의 공기층을 갖는 구조로 3중의 복층유리를 구성하고 있다. 생산업체마다 다양한 차이를 갖고 있어 31mm에서부터 다양한 두께로 제작 되고 있다. 특히 최근에는 고기능성 유리의 적용 등을 통해 성능은 높이고 두께는 줄이는 다양한 시도를 진행하고 있다.

3장의 유리중에는 일반 싱글로이유리와 더블로이유리등 2장 이상의 로이유리 적용과 아르곤 및 크립톤 가스의 적용을 통해 열관류율을 대폭 낮출 수 있어 효율성이 우수하다. 특히 3중유리는 3장의 유리를 일체화 시킨 것이기 때문에 태풍등의 풍압에도 유리가 분리되지 않아야 하기에 구조적인 안전성을 확보하고 단열성을 갖춘 간봉의 적용으로 업체들마다 차별화를 시도하고 있다.

단순히 24mm로이복층유리와 비교하였을 때 로이복층유리가 열관류율 1.8W/㎡K인데 반해 삼중유리는 1.6W/㎡K에서부터 0.9W/㎡K까지 적용 및 생산 방식에 따라 높은 고기능성 창호를 제작 할 수 있다. 과거 삼중유리의 제한적 사용의 목적에는 차음효과의 증대와 단열효과를 높이는 방향으로 적용을 이루어왔다.

단순 삼중유리는 3장의 유리를 복층구조로 제작하여 적용하였는데 일반유리를 삼중유리로 제작하는 것은 24mm복층유리나 로이유리를 적용한 복층유리와 비교하였을 때 큰 차이를 나타내지 않기 때문에 효율성이 떨어졌던 것이 사실이다. 특히 3중유리 생산 시 가장 문제점이 되는 부분이 생산성, 제작 단가, 창틀의 개발 등 다양한 부분이 나타난다.

생산성은 아직은 수요가 크지 않은 점을 들어 자동화 생산이 힘들고 생산성이 떨어진다. 생산 시 제작 단가의 상승과 무게가 높아지기 때문에 설치시에도 비용부담은 발생하고 모든 부분에 취급하는데 어려움이 따른다. 삼중유리에 맞는 창틀의 개발도 미흡하며 대량생산도 이뤄지지 않고 있다. 또한 단열성뿐만 아니라 풍압등에도 안전성을 높일 수 있는 구조적 안전성도 고려되어야 하는 부분이다. 모든 것을 고려해 삼중유리를 제작할 시 두께가 두꺼워지는 현상이 있었지만 최근에는 관련 업체들마다 두께를 낮추고 고기능성 로이유리를 적절히 적용하여 최상의 삼중복층유리를 제작하기 위한 노력을 진행하고 있다.

3중유리의 성능은 일반 2중의 복층유리와 비교하였을 시 단열성은 30%향상, 차음성은 16%향상, 결로방지 효과 등이 우수하다. 특히 2중창이 2회 개폐를 하며 청소가 불편하고 단순 환기 기능을 하는 반면 삼중유리는 1회 개폐로 청소가 용이하고 Turn, Tilt 복합기능으로 환기 효율이 높다. 이 외에도 하나의 구조로 조망권 확보에도 유리하며 개폐 각도 조절등을 통해 추락의 위험도 없다.

일반적인 복층유리보다 성능이 우수한 삼중유리의 적용에는 집고 넘어가야 할 부분이 분명 있다. 삼중유리 자체가 해외에서도 보편적으로 적용되는 제품은 아니다. 추운 지방을 중심으로 적용이 높아지고 있고 제품의 보급이 확대되기 위해서는 국내 열관류율의 기준이 높아져야 하며 제작 단가를 줄이고 복잡한 생산구조의 변화가 필요하다. 당장은 일반 아파트의 이중창 대체보다는 일반 타워형등 고층건물의 시스템창호의 대체용으로 적용이 늘어날 것으로 예상되며 우수한 열관류율과 기능을 소비자들에게 어떻게 어필하느냐가 관건이 될 것으로 보인다.

단열성능 높인 고기능성 진공복층유리 개발 경쟁 가속

2009년 정부가 그린홈 정책을 내놓기 전까지만 해도 국내 건축시장에서 고기능성 유리의 적용 비율은 크지 않았다. 세계적인 추세에 발 맞춰 정부도 친환경 녹색성장을 중심으로 강도 높은 에너지 절약 정책을 내놓으며 시장은 큰 폭의 변화를 맡고 있다.

단열 기준이 점차 강화되고 있으며 친환경 주택의 기준은 더욱 높아 고기능성 유리의 적용으로 끝나지 않고 삼중유리, 진공유리까지 기능성유리의 발전이 계속되고 있다. 이는 에너지 절감을 떠나 향후 제로에너지하우스까지 연결한다는 정부의 강한 의지이며 친환경 주택을 지을 시 용적율완화, 세금감면등의 다양한 인센티브를 부여하여 건설사들은 앞다퉈 삼중유리의 적용, 더 나아가 진공유리의 개발, 보급으로까지 이어지고 있다.
진공유리는 두 장의 유리 사이를 진공처리 해 열을 전달할 수 있는 매질을 제거, 창호에서 발생하는 전도 및 대류에 의한 열손실을 최소화해 단열 효과를 극대화시킨 유리다.

진공유리의 원리는 세장의 판유리를 사용한 삼중유리 구조로, 실내 방면으로 두장의 유리 사이 공간을 0.2mm 유지하고 공기 압력을 견딜 수 있도록 필러(Pillar)를 일정 간격으로 심은 뒤, 내부의 잔류 가스를 완벽하게 제거해 밀봉함으로서 진공상태의 유리를 제작한다. 여기에 유리 한 장을 더해 아르곤(Ar), 크립톤(Kr)등 고단열 가스를 그 사이에 주입함으로서 단열 성능을 극대화한 삼중유리 형태의 진공복층유리를 완성하게 된다.