KR19990028164A - 투명단열창 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명단열창에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 얇은 박판의 투명한 색상이 혼입된 투명 합성수지가 긴 대롱 모양으로 그 단면형태는 벌집 모양이나 원형 혹은 격자 모양으로 이루어 지는데 그 직경은 2 mm - 8 mm 정도이며, 이렇게 구성재료에 의해 작은 공간들로 나누어진 공기층은 온도 변화에 의한 대류작용이 거의 완전히 억제될수 있는 크기로 구성되어, 한편으로는 태양에너지를 기존의 유리창보다 잘 통과시켜 실내공간에서 열로 변하게 하며, 다른 한편으로는 투명단열재의 정체된 공기층에 의해 실내쪽에서 외기쪽으로 손실되는 에너지는 잘 차단될 수 있도록 고안되어 유리창을 통해 손실되오던 막대한 난방에너지를 절약할 수 있으며, 동시에 투명단열창의 빛의 확산과 구성재료의 배치에 의해 시각적인 차단효과를 갖고 있는 투명단열창에 관한 것이다.

Description

투명단열창

제 1도는 본 발명에 따른 투명단열창의 정면도(A)와 단면도(B)를 나타낸 것이고,

제 2도는 본 발명의 투명단열창을 통한 난방기간동안의 태양 에너지 취득 기능을 도시한 단면도이고,

제 3도는 본 발명의 투명단열창을 통해 난방기간동안 실내열이 외기로 나가는 것을 차단시키는 단열 기능을 도시한 단면도이고,

도 4도는 본 발명의 투명단열창을 통한 시각 차단효과를 나타낸 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리, 2 : 투명단열재, 3 : 유리, 4 : 창문틀

본 발명은 투명단열된 채광창에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존의 이중유리 사이에 두께 약 5cm의 투명단열재를 삽입하여 창을 통한 시각적인 차단은 물론, 단열 및 직사광선의 확산투과를 통하여 실내의 자연조명 효과와 실내의 고른 조도분포를 가능하게 하는 새로 고안된 투명단열창에 관한 것이다. 특히도 유리창을 통한 난방기간 동안의 에너지 손실은 막대한 것이어서 에너지 절약에 큰 걸림돌이 되 왔으나 본 투명단열창을 통하여는 기존 이중창의 약 1/3 정도밖에 에너지 손실이 안되어 그 절약효과가 클 뿐만 아니라 겨울철의 북측 창에서의 태양에너지 취득효과까지 있어 에너지 절약면에서는 가히 획기적인 투명단열 채광창이 될 수 있도록 고안된 채광창에 관한 것이다.

인류는 유사이래 에너지를 효율적으로 이용하고 절약하는 경제적인 방법을 연구해 오고 있으며, 향후 에너지 문제는 지구상의 가장 큰 문제중의 하나로 대두될 전망이고 지금도 지속적으로 에너지 비용이 상승하고 있다. 이러한 경향으로 볼 때 건축물에서 에너지의 효율적 이용 혹은 에너지의 절약대책은 모든 분야에서 시급히 연구되야 할 것이다. 이러한 관점에서 볼 때 지금까지 제반 건물에 사용되왔던 유리는 열손실이 너무 많아 이중창 혹은 페어 글라스라는 단열효과를 높인 창을 사용하고 있으나 아직도 열관류계수가 2.3 W(㎡ ℃ h)이상 되고있어 에너지 절약에 걸림돌이 되고 있다. 더욱이 일반 복도식 아파트 건물의 복도측 창은 복도로 부터 시각적인 차단이 되야하기 때문에 젖빛유리 등의 불투명 유리를 사용하고 있어 실내조명에도 많은 영향을 주고있는 실정이다. 여기에 복도쪽은 대부분 북향이나 서향이 많아 막대한 열이 이러한 창을 통해 손실되고 있어 그 대책이 시급히 요구되고 있다.

그러나 이러한 유리창에 지금까지 사용되오던 단열재를 사용하려해도 모든 단열재가 불투명재료로 만들어졌기 때문에 유리창과 같은 투명외피에 이러한 기존의 불투명 단열재를 사용한다는 것은 불가능하였다.

모든건축물에 유리창과 같은 투명외피가 없어서는 안된다. 일반적으로 투명 외피는 자연채광, 조망의 역할과 비, 바람, 먼지, 소음, 추위, 더위 등으로부터 재실자를 보호하는 역할을 하며 어떤 경우에는 주어진 주위환경으로부터 에너지를 받아들여 건물내로 공급해주는 역할을 하기도 한다. 그러나 이러한 외피의 기능중에 단열과 에너지 취득 그리고 자연 채광을 가장 효과적으로 충족시켜주는 재료중의 하나가 바로 투명 단열재이다.

투명 단열재란 단파의 태양빛이 통과 될수있는 건축 재료로서 그 뒤에있는 벽이나 실내공간의 물체에 의해 통과된 파장이 짧은 단파의 태양빛이 파장이 긴 장파의 열로 변화되어 공간에 같히게 되는데(온실효과)이렇게 같힌 태양열은 외기쪽으로 다시 빛의 복사를 통해서는 유리나 투명단열재를 통과할 수 없게되어(파장이 길어졌기 때문에)열전도에 의해 외기로 나가려 하겠지만 투명단열재의 정체된 공기층의 높은 열 차단 효과에 힘입어 취득된 태양열은 실내쪽에 머물도록 되있는 건축재료를 말한다. 이러한 투명단열재의 특성이라면 재료의 투명성과 단열성이 제일 중요하므로 가능한 투명성(여기서는 총 에너지 투과율로 정의) 즉 총 에너지 투과율이 g 값이 1이되면 가장 좋을 것이고 단열성 즉 열 관류율이 0이 되면 가장 좋은 재료라 할 수 있으나 이 두 값은 서로 상반관계에 있어 적정단열두께가 선정되어야 할 것이다.

이 투명단열재의 특징은 태양 에너지를 실내로 취득되게 할 수 있다는 것이며, 그리고 대류나 전도에 의한 열의 이동을 막기 위한 공기의 비율이 높다는 것이며, 이 공기층의 대류를 억제하기 위해 투명한 박판의 합성수지에 의해 가능한 작은 체적으로 공간이 구획되어 있다는 것이다. 이러한 작은 체적은 수열면에서 외기로 열이 흐르는 것을 잘 차단시킬뿐만 아니라, 야간에는 실내에서 외기로 열이 소비되는 것을 차단시키는 단열 역할을 하게되며, 여러가지 색상으로 제작된 투명단열재는 시공후 건물 외관을 주변 건물의 색상과 조화되게 하는 것은 물론, 외관의 다양화를 가능하게하여 본 발명의 투명단열창을 건물에 사용할 경우 막대한 에너지 절약과 건물의 아름다운 외관 구성을 그 특징으로 한다. 첨부도면 제 3도는 투명단열창의 단열기능을 나타낸다.

또한 본 발명의 투명단열창은 반투명으로 되있어 외부로 부터의 시각적인 차단효과까지 가지고 있어 학교교실의 창이나 계단실, 그리고 제반 채광용 창 등에 널리 사용되어 자연조명의 고른 조도분포를 확보함은 물론 시각차단을 위한 부수적인 장치가 불필요하며, 막대한 난방에너지 절약효과를 가져올 수 있다는 것이다. 첨부도면 제 4도는 이러한 투명단열창의 시각차단효과를 나타낸다.

이와같은 본 발명을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

종래 투명외피의 유리창은 투명성은 좋으나 실내에서 실외로 에너지 손실이 많아 이중창을 할 경우에도 많은 에너지가 이러한 투명외피를 통하여 손실되고있는 실정이다. 더구나 투명해서는 안되거나 투명할 필요가 없는 창문에 까지 유리로 시공되어 많은 에너지가 낭비되고 있는 실정이다. 그러나 본 발명의 투명단열창은 이렇게 투명할 필요가 없는 채광용 창 등에 설치하여 직사광선의 피해도 줄일수 있고, 실내 조도 분포도 고르게 하며 시각차단 효과까지 볼 수 있어 일석삼조의 효과를 볼 수 있는데다 겨울에는 태양에너지의 복사열까지 취득하여 기존의 유리창을 통한 태양에너지 취득율보다 훨씬 높은 태양열을 취득하여 획기적인 에너지 절약용 투명외피라고 할 수 있다. 더욱이 기존의 유리창을 통해서는 태양에너지가 취득되더라도 높은 열관류에 의해 대부분의 취득된 태양열이 다시 외기로 손실되었는데 반해, 본 발명의 투명단열창은 직사광선은 물론 반사광선 까지도 취득하여 태양에너지 취득효율이 기존의 유리창보다 높은 것은 물론 취득된 태양열은 투명단열창의 높은 단열효과에 의해 외기로의 손실을 잘 차단시켜 막대한 에너지 절약효과를 볼 수 있도록 고안된 것이다.

본 발명은 두께 0.01 - 0.1 mm의 얇은 합성수지 - Polycarbonate 혹은 Polyamid -를 격자나 벌집모양으로 만들어 합성수지 사이에 있는 공기가 대류작용이 최대한 억제되도록 구성 직경이 3mm - 8mm를 초과하지 않도록 하여 단열성능이 1.0 W(m h ℃)이하로 유지되도록 하였으며, 투명한 재료와 공기층을 통해 태양 광선이 잘 통과 될 수 있도록 하여 태양 에너지 취득과 높은 효율의 자연채광을 가능케하고, 다양한 색상을 통한 건물의 의장적인 효과를 본 발명의 특징으로 한다.

본 발명의 에너지 취득기능은 유리와 투명 단열재를 통과한 파장이 짧은 단파의 태양광선은 실내의 가구나 벽체에서 파장이 긴 열로 변하기 때문에 열선으로는 다시 외기로 나올수가 없게되며 열 관류에 의한 열흐름도 투명 단열재의 낮은 열관류계수 때문에 투명단열창을 통과한 태양광선은 결국 실내공간에 갇히게 된다. 첨부도면 제 2도는 투명단열창의 태양 에너지 취득기능을 나타낸다.

1. 열적성능

투명단열창은 열적 성능에서 기존의 이중창에 비해 다음과 같은 특성을 갖고있다.

- 본 발명 재료의 열 전도율이 정체된 공기층에 의해 기존의 이중유리창의 열전도율의 약 1/3정도 밖에 안되기 때문에 건물의 열 손실을 매우 적게하며

- 본 발명 재료의 투광성이 좋아 직사광성 및 반사광선을 잘 투과시켜 남측은 물론이고 북측에서까지 태양열을 취득할 수 있도록 구성되어 있다.

위와 같은 두 기능의 복합적인 작용에 의해 투명단열창을 건물에 적용시킬 경우 단열과 태양열 취득을 통해 막대한 난방 에너지 절약효과를 갖어올 수 있다.

투명단열창을 통한 태양에너지 취득 기능을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

투명단열창을 향에 관계없이 조망을 필요로 하지않는 채광용 창이나 조망용창의 덧창에 시공한다. 이렇게 시공된 투명단열창을 통해 난방기간동안 태양에너지는 다음과 같이 취득된다.

외부에서 태양광선이 비치거나 반사 혹은 반사광선이 비치면 이들광선은 투명단열창을 통해 실내 공간에 도달하게 된다. 실내공간에 도달된 광선은 각종 기구나 구조물(벽, 바닥, 천정등)에서 빛에서 열로 변화되며 이 열은 다시 열선으로 외기로 나가려 하나 파장이 짧은 단파의 빛에서 파장이 긴 장파의 열선으로 바뀌었으므로 더 이상 투명단열창을 통과할 수 없게된다. 이렇게 하여 실내 온도가 상승했기 때문에 열 전도에 의해 열이 외기로 나가려 하나 투명단열창의 높은 단열효과에 의해 열의 전도에 의한 외기로의 흐름은 억제를 받게 되어 기존의 유리창을 통한 열손실에 비해 매우 적은 열만이 손실된다. 이와같은 투명단열창과 이중창을 통한 에너지 흐름을 결정짓는 물리적 요소를 비교해 보면 다음표와 같다.

여기에서 투명외피는 열관류율은 적을수록 열손실이 적고 총에너지 투과율은 클수록 태양에너지 취득이 많으므로 유리한데 투명단열창의 경우는 모든면에서 기존의 이중유리창을 능가하고 있어 막대한 에너지 절약을 가능하게 한다. 그리고 투명단열 두께의 증가에 따라 열관류율이 감소 할수록 총에너지 투과율이 감소하므로 지역에 따른 두께선정이 적절하게 되야할 것이다.

그러면 과연 투명단열창과 기존의 이중창을 사용한 건물에서 난방에너지를 얼만큼이나 절약 시킬수 있는지 살펴보기 위해 최근 우리나라에서 시공 되고있는 기존의 이중창과(유리 3mm, 공기층 12mm, 유리 3nn), 본 발명의 투명단열창(유리 3mm, 투명단열재 50mm, 유리 3mm)을 선정한 후 두개의 투명외피를 통한 난방기간 동안의 에너지 흐름양을 Goetzberger의 투명 외피를 통한 에너지 계산식

Q = (g * I) - (1/R_t) * △T (kWh/㎡)

Rt : 구조물의 열 관류저항 (㎡ K/W)

g : 총 에너지 투과율

I : 수직면에 대한 총 일사량 (W/㎡)

△T : 온도차(K)

난방기간 : 11, 12, 1, 2, 3 월

에 의거하여 산출된 결과는 다음과 같이 나타난다.

+ : 외부에서 실내쪽으로의 에너지 취득

- : 실내에서 외부쪽으로의 에너지 손실

(투명 외피를 통한 에너지 흐름양)

상기 표에서 보듯이 기존의 유리창과 본 발명품의 투명단열창과의 에너지 취득효과는 비교가 안될만큼 투명단열창의 효과가 좋은 것으로 나타났으며 이러한 에너지 절약효과는 하절기에도 높은 온도의 외기로 부터 실내쪽으로의 에너지 흐름을 잘 차단시킬 수 있어 하절기의 냉방에너지 절감효과까지 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 내측에는 유리층(1)이, 외기쪽에도 유리층(3)이 각각 설치되어 있고 그 사이에 0.01 - 0.1 mm 두께의 대롱모양의 합성수지에 의해 구성된 단면이 벌집이나 원형 혹은 격자모양으로 그 단면직경은 2 - 8 mm로 이루어져 구성재료에 의한 열전도는 가능한 작게하고 구성재료 내부의 공기층은 가능한 정체되도록하여 대류작용이 억제되어 단열효과가 탁월한 것을 특징으로 하는 투명단열창.
2. 제 1항에 있어서, 상기 구성재료(2)는 투명 무색이거나 다양한 투명 색상이 매우 흐리게 혼입되어 총에너지 투과율은 0.2 이상되도록 하고 외관상으로는 다양한 색상을 나타낼 수 있는것을 특징으로 하는 단열창.
3. 제 1항에 있어서, 태양광선은 잘 투과되도록 하여 태양에너지 취득은 잘 되지만, 빛의 확산효과가 있어 시각적인 차단효과와 실내의 고른 조도분포가 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 투명단열창.