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by 감매거진 Sep 07. 2018

창호 자세히 들여다보면
냉난방비 아낀다

전문가에게 직접 듣는 창호의 단열


유리와 창호,

그리고 단열


유리는 투명하기 때문에 
다른 재료와는 달리 
자체적으로 단열 성능을 갖춰야 한다.

도시에서 흔히 볼 수 있는 커튼월 건물.


우리는 도심 어디에서나 건물의 외피를 온통 유리로 감싼 커튼월 건물을 볼 수 있다. 커튼월로 시공하는 경우는 지금도 계속해서 늘고 있는데, 이에 따라 창호의 에너지 효율에 관한 관심도 점점 더 높아진다. 창호의 면적이 클수록 건축물의 냉난방 에너지 소비량에 단열 성능이 미치는 영향이 커지다 보니 우리나라에서는 국가적인 차원에서 단열 성능에 대한 기준을 제시하고 관리한다.

창틀과 유리.
창호는 일반적으로 유리부(glazing)와 창틀(frame)로 이루어진다.
창호의 단열 성능은 이 둘의 구성에 따라 달라진다.



창호의 단열 성능을 결정하는 

첫 번째 주인공, 유리


빈 공간을 두고 유리를 이중으로 겹쳐 만든 복층 유리.

창의 유리로는 대부분 가운데에 빈 공간을 두고 유리를 이중, 삼중으로 겹쳐 한 세트로 만든 복층, 삼중복층 유리를 사용한다. 이때, 판유리 사이의 빈 공간인 중공층에 공기보다 열전도율이 낮은 기체인 아르곤 등을 채워 단열 성능을 높인다. 

판유리 사이의 빈 공간에 열전도율이 낮은 기체를 채우는 모습.


유리 자체를 
태양열을 상대적으로 적게 전달하는 기능성 제품으로 
교체하는 방법도 있다.


에너지 절약형 유리 1
로이유리

가장 많이 쓰이는 에너지 절약형 유리로, 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅해 열의 이동을 최소화시킨다. 기능성 유리와 중공층을 합친 삼중복층 로이유리도 있다. 기능성 유리와 아르곤을 채운 중공층으로 구성되어 있어 단열성을 더욱 높였다. 이러한 연구와 개발로 상대적으로 두께가 얇은 유리를 사용하거나 저렴하면서도 필요한 성능을 갖춘 제품을 사용할 수 있게 됐다. 


기능성 유리는 표면에 금속이나 금속산화물을 코팅해 열의 이동을 줄이거나, 빈 공간을 진공으로 만들어 단열성을 높인다.


에너지 절약형 유리 2
진공유리

최근 새로이 개발된 고단열 기술로 복층유리 사이의 중공층을 아예 진공으로 만들어 열전달을 줄인다. 진공유리는 이미 90년 전부터 제안되어 다양한 연구가 진행되었지만, 유지관리가 어려워 실제 적용하기가 어려웠다. 하지만 현재는 1세대를 개량한 2세대 진공유리가 개발, 보급되어 건축물에 다수 사용되고 있다. 2세대 진공유리는 중공층을 진공으로 만들어 열전달을 원천적으로 차단한 것으로 콘크리트 벽 30㎝ 두께 정도의 단열 성능을 갖는다. 덕분에 유리의 두께를 늘리지 않고 단열 성능을 강화할 수 있게 됐다.




창호의 단열 성능을 결정하는

두 번째 주인공, 창틀

프레임을 통해서도
단열 성능을 개선할 수 있다.
창과 문에 사용하는 여러 형태의 알루미늄 프레임.

창틀의 재료는 열전도율이 낮은 알루미늄이나 합성수지(PVC)가 일반적이고 그 외에 목재나 강철도 쓰인다. 유리보다 단열성이 낮은 금속을 쓰게 되면 프레임을 통해 열이 손실될 수 있어, 상대적으로 단열성이 높은 PVC를 선택하는 것이 좋다. 


프레임의 내부 구조에 변화를 주어 단열성을 높이기도 한다.

열교차단재(thermal break)를 프레임 연결 부위에 사용하여 열전달 흐름을 차단하거나 프레임 내부의 빈 공간을 여러 개의 격벽으로 분리해 열전달 흐름을 방해하는 등 내부 구조에 변화를 주는 방법으로 단열성을 높이기도 한다. 


유리부와 프레임의 구성 외에도 단열 간격재나 필름을 부착하는 등 단열 성능을 강화하기 위한 여러 노력을 한다. 유리부와 프레임이 함께 만들어 내는 창의 전체 단열 성능은 설계 도면을 바탕으로 열 해석 시뮬레이션을 통해 사전에 검토한다. 이를 바탕으로 실제 창호를 제작하기 전에 성능을 예측하고 설계안을 수정한다.



단열의 기준,

열관류율 파헤치기


단열 성능은 일반적으로 
열관류율(W/(m2·K))에 따라 결정된다.
국토교통부에서 정하는 건축물의 에너지 절약 설계기준.

국토교통부에서는 「건축물의 에너지 절약 설계기준」을 통해 부위별로 열관류율을 규정한다. 먼저 창이나 문이 외기와 직접 면하는지, 간접 면하는지의 여부를 나누고 해당 건축물을 공동주택과 공동주택이 아닌 경우로 세분화한다. 공동주택이 아닌 경우에는 개구부의 용도가 창인지 문인지에 따라 조금씩 차이가 있다. 전국적으로 중부지역부터 제주도까지 겨울철 외기 온도가 낮게 형성되는 순으로 지역을 중부1과 중부2, 남부와 제주도로 구분해 기준을 조금씩 다르게 규정한다. 겨울철 기온이 낮은 곳은 열관류율 기준을 낮게 설정해 건축물의 단열 성능을 높게 하도록 제안하고 있다. 이때 해당 부위의 성능을 만족하는 건축자재를 사용해야 한다.



창의 단열과 기밀 성능은

어디에서 확인할까?


유리와 프레임이 결합된 창호 전체의 
단열 성능 기준과 기밀 성능은 
에너지관리공단에서 운영하는 
「에너지 소비 효율등급 표시」에서 확인할 수 있다.
창호의 에너지소비효율등급은 열관류율과 기밀 성능에 따라 1~5등급으로 나뉜다. ⓒ한국에너지공단

에너지관리공단에서는 물리적 시험을 통해 창호의 열관류율과 통기량을 검증하는 과정을 거쳐 제품에 적절한 등급을 부여한다. 기준 이하의 제품에 대해서는 생산과 판매를 제한해 소비자가 좀 더 효율이 높은 제품을 선택하고 사용할 수 있도록 돕는다. 창호의 에너지 소비 효율등급이 높은 제품, 즉 열관류율이 낮고 기밀 성능이 1등급인 창호를 선택하는 것이 실내 냉난방 에너지를 줄이는 데에 도움이 된다. 이 등급은 제품에 라벨로도 표기되어 있어 소비자가 제품이 얼마나 에너지를 절감할 수 있는지 한눈에 직접 확인할 수 있다. 현재 시중에 나와있는 창호 가운데 이 등급이 표기된 제품은 일부에 불과하다. 하지만 에너지 소비 효율등급이 표기되어 있지 않더라도 해당 창호의 열관류율과 기밀성 수치를 확인하여 등급 기준과 비교한다면 창호의 성능 수준을 파악할 수 있다.

창호의 단열성 및 기밀성을 분석하는 장비. ⓒ한글라스


건축물의 에너지 소비량을 줄이기 위해 다양한 노력이 이루어지는 가운데, 최근 에너지 절약 설계기준의 개정 등을 통해 창호의 단열 성능은 단계적으로 강화되고 있다. 이에 따라 창호의 특성인 일사 획득 성능에 대한 관심도 높아지고 있다. 유리가 햇빛을 받아들이는 정도를 뜻하는 것으로, 국내에서는 세계 최초로 일사 획득 성능의 측정 방법이 국제 규격(ISO)화되었다. 창호의 일사 획득 성능은 건축물의 냉난방 부하에 직접적인 영향을 미치는 수치이므로 정확한 성능 예측이 필요하다. 다만 현재 일사획득계수 측정 방법은 제품 간의 일사 투과 성능을 비교하는 데에는 적합하나 실제 실내로 입사되는 일사량을 측정하고 그 영향을 확인하기에는 광원의 종류와 입사각도 등에 한계가 있는 상황이다.


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