KR101253037B1 - 에너지절약형 창 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지절약형 창에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 써모크로믹 박막 및 투명도전막을 코팅하여 건물의 냉·난방 효율을 향상시키는 에너지절약형 창에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 온도에 따라 가시광선 및 근적외선의 투과율이 조절되는 써모크로믹 박막 및 중적외선(5~50㎛)영역의 반사율을 높이는 투명도전막 층을 포함하여 구성되어, 건물의 냉·난방 효율을 상승시키는 효과를 갖는다.

Description

에너지절약형 창{ENERGY SAVING GLAZING}
본 발명은 에너지절약형 창에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기판에 써모크로믹 박막 및 투명도전막을 코팅하여 건물의 냉·난방 효율을 향상시키는 에너지절약형 창에 관한 것이다.
최근 석유 등의 화학 에너지원의 가격이 급등하면서 새로운 에너지원 개발의 필요성이 커지고 있다. 하지만 이에 못지 않게 에너지 절감기술도 중요하다. 실제로 일반 가정의 에너지 소비량 중 60% 이상은 냉 난방비로 사용된다. 특히 일반 주택 및 건물에서 창문을 통해 소비되는 에너지는 24%에 이른다.
이에 따라 창문의 기본 기능인 건물의 미관 및 조망 특성을 유지하면서도 창문의 기밀 및 단열 특성을 높여 창문을 통해 소비되는 에너지를 줄이기 위한 다양한 노력이 이루어지고 있으며, 대표적으로 창문의 크기를 조절하는 방법에서부터 고단열 창유리를 설치하는 방법 등이 실시되고 있다.
고단열 창유리의 종류에는 복층 유리에 아르곤(Ar) 가스 등을 주입하여 열 교환 현상을 막는 아르곤 가스 주입 복층 유리와 로이 (Low-E) 유리 등이 있다. 이외에도 열적 특성을 지닌 층을 유리에 코팅하여 태양광을 통한 에너지 유입을 조절하는 유리 등이 연구되고 있다.
특히, 로이유리는 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅하여 창을 통해 들어오는 가시광선은 대부분 안으로 투과시켜 실내를 밝게 유지할 수 있도록 하고 적외선 영역의 복사선은 효과적으로 차단하여 겨울철에는 건물 안에서 발생한 난방열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 차단하고, 여름철에는 건물 바깥의 열기를 차단하여 냉·난방비를 줄이는 효과가 있으나, 가시광선 이외의 파장에 대해서는 반사를 하는 특성에 의해, 특히 겨울철에 태양에서 나오는 적외선 부분을 실내로 유입시키지 못하고, 계절(온도)에 따라 태양광의 투과율이 조절되지 않는다는 단점을 가지고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 외부 온도에 따라 가시광선 및 근적외선 영역의 투과율이 조절되고 중적외선 영역의 반사율을 높여 건물의 냉·난방 에너지 효율을 높일 수 있는 에너지절약형 창을 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판; 및 상기 기판 상면에 형성되고 온도에 따라 가시광선 및 근적외선의 투과율이 조절되는 써모크로믹(thermochromic) 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창을 제공한다.
또한, 본 발명의 에너지절약형 창은 상기 기판의 하면 또는 상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 형성되고 중적외선(5~50㎛)영역의 반사율을 높이는 투명도전막 층을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 투명도전막 층은 ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, IZO(Indium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), 및 Graphene 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 에너지절약형 창은 중적외선(5~50㎛)영역의 투과율이 30% 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지절약형 창은 상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면에 AR(anti-reflection) 코팅 박막을 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2) 박막일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판 상에 써모크로믹 박막을 코팅함으로써 외부 온도에 따라 가시광선 및 근적외선 영역의 투과율이 조절되어 건물의 냉·난방 효율을 상승시키는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 에너지절약형 창은 투명도전막 층을 더 포함함으로써, 중적외선 영역(5~50㎛)의 반사율을 높여 겨울철 난방에 의한 열에너지의 파장의 단열 성능을 높여 건물의 난방 효율을 상승시키는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창유리의 개략적인 단면도.
도 2는 이산화바나늄(VO2)의 상전이 전/후의 파장별 투과율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막 층을 더 포함하는 에너지 절약형 창의 개략적인 단면도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창은 기판(100) 및 기판(100) 상면에 코팅된 써모크로믹 박막(200)을 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 의해 태양광 특히 가시광선 및 근적외선 영역에서의 투과율이 조절된다.
기판(100)은 써모크로믹 박막(200)을 코팅하기 위해 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재로, 바람직하게는 소다라임계 유리기판이 사용될 수 있다.
써모크로믹 박막(200)은 기판(100)에 투과되는 빛의 광량, 특히 가시광선 및 근적외선의 투과율을 제어하기 위하여 기판(100)에 써모크로믹 현상을 일으키는 물질은 코팅하여 형성시킨다. 써모크로믹 물질은 특정 온도에서 천이 현상이 발생하며, 이러한 써모크로믹 현상에 의해서 써모크로믹 물질의 결정구조가 바뀌어 물리적 성질(전기 전도도 및 적외선 투과율)이 급격히 변하게 된다. 따라서, 기판에 써모크로믹 물질을 코팅함으로써 특정 온도 이상에서 가시광선은 들어오지만 근적외선 및 적외선은 차단되는 효과를 가질 수 있다.
여기서, 써모크로믹 박막(200)은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있으나, 바람직하게는 이산화바나늄(VO2)으로 이루어 질 것이다.
도 2는 이산화바나늄(VO2)의 상전이 전/후의 파장별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 이산화바나늄(VO2)의 상전이 전/후 태양광 특히, 근적외선 영역에서의 투과율이 변하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 기판(100) 상에 써모크로믹 박막(200)을 코팅함으로써, 계절에 따른 태양광의 선택적 투과/차단 특성(즉, 일사가 많거나, 외부의 온도가 높을 경우에는 실내로 유입되는 가시광선 및 근적외선의 투과를 차단하고, 외부의 온도가 낮은 경우에는 태양열을 내부로 투과시킴)을 이용하여 건물의 냉·난방 부하를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막 층을 더 포함하는 에너지 절약형 창의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창은 기판(100)의 하면 또는 써모크로믹 박막(200)의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 형성되는 투명도전막 층(300)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 투명도전막 층(300)은 ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, IZO(Indium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), 및 Graphene 중 적어도 어느 하나를 포함하여 이루어질 수 있다.
태양 복사 스펙트럼을 보면 가시광선과 적외선의 비율이 50:50 정도이며, 적외선영역을 세분화해 보면 800~1300nm까지가 36%, 800~1700nm까지가 전체의 45%정도를 차지한다.
따라서, 건물의 난방 에너지 효율을 높이기 위해서는 태양광의 근적외선 영역인 1700nm까지의 파장에 대해서는 투과율이 높아야 하고, 겨울철 난방에 의한 열에너지 파장인 5~50㎛범위의 파장에 대해서는 반사율이 높아야 한다.
5~50㎛범위 적외선영역의 반사율을 높이기 위해 투명도전막(TCO) 외에 금속 코팅이 이용될 수 있으나, 금속 코팅은 근적외선(NIR)영역에서의 투과율이 낮아지고 단파장부터의 반사율이 커져, 태양광 이용효율을 떨어뜨리고 써모크로믹 박막의 상전이에 따른 근적외선 영역의 투과율 변화 효율을 감소 시킨다는 단점이 있다.
[표 1]은 VO2 박막에 은(Ag), ITO, SnO2 를 코팅한 유리의 파장별 투과율을 나타낸 표이다.
ITO 코팅 유리 Low-E(Ag) 유리 SnO2 코팅 유리
상전이 후 380~780nm 32.11 29.06 27.65
800~1300nm 26.07 15.50 25.97
800~1700nm 21.56 11.36 18.49
상전이 전 380~780nm 29.49 26.69 25.39
800~1300nm 31.96 19.01 31.84
800~1700nm 33.07 17.42 28.37
투과율 차 800~1700nm 11.51 6.07 9.88
[표 1]에 나타난 바와 같이, 금속(Ag) 코팅 유리에 비해 투명도전막(ITO, SnO2) 코팅 유리의 근적외선 영역(800~1700nm) 투과율이 향상됨을 알 수 있고, 따라서, 금속 코팅에 비해 투명도전막 코팅 유리가 태양광 이용효율이 높음을 알 수 있다.
또한, 투명도전막 코팅 유리의 상전이 전/후의 투과율 차가 금속 코팅 유리보다 크므로 VO2 박막의 태양광 투과율 조절 효율이 우수함을 알 수 있다.
따라서, 기판(100)에 써모크로믹 박막(200)을 코팅하여 근적외선 영역인 1700nm까지의 투과율을 높이고, 투명도전막(300)을 코팅하여 5~50㎛범위의 중적외선 파장의 반사율을 높임으로써, 태양광 이용 효율을 최대화하고, 겨울철 난방에 의한 열에너지의 파장 영역의 단열 성능을 높여 건물의 난방 효율을 높일 수 있을 것이다.
바람직하게는, 투명도전막 층을 포함하는 에너지절약형 창은 중적외선 영역의 투과율이 30% 이하일 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창은 써모크로믹 박막(200)의 상면 또는 하면에 AR(anti-reflection) 코팅 박막(미도시)을 더 포함함으로써 에너지절약형 창의 가시광 투과율을 상승시킬 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 기판 200 : 써모크로믹 박막
300 : 투명도전막

Claims (6)

  1. 기판;
    상기 기판 상면에 형성되고 온도에 따라 가시광선 및 근적외선의 투과율이 조절되는 이산화바나늄(VO2)으로 이루어진 써모크로믹(thermochromic) 박막; 및
    상기 기판의 하면 또는 상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면 중 적어도 한면에 형성되고 중적외선(5~50㎛)영역의 반사율을 높이는 투명도전막 층을 포함하고,
    상기 기판, 써모크로믹 박막, 및 투명도전막 층을 포함하여 이루어진 적층체는 중적외선(5~50㎛)영역에서의 투과율이 30% 이하인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명도전막 층은 ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, IZO(Indium Zinc Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), 및 Graphene 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막의 상면 또는 하면에 AR(anti-reflection) 코팅 박막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  6. 삭제
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