KR20120035256A - 복층 유리 구조를 갖는 단열 창호 - Google Patents

Abstract

본 발명은 근적외선과 원적외선을 차단하여 태양광 에너지의 실내 유입과 태양광 열선을 효율적으로 차폐할 수 있는 복층 구조를 갖는 단열 창호를 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 위해, 본 발명은 외창과, 상기 외창과 대향하는 방향으로 이격되어 설치된 내창과, 상기 내창과 대향하는 상기 외창의 내부면에 코팅되어 외부 광으로부터 상기 외창으로 입사되어 상기 외창을 통해 투과되는 근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수층과, 상기 근적외선 흡수층과 대향하는 상기 내창의 내부면에 코팅되어 상기 근적외선 흡수층에 의해 흡수되지 않고 투과되는 원적외선을 반사시키는 원적외선 반사층을 포함하는 단열 창호를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 근적외선 흡수층이 코팅된 외창과 적외선 반사층이 코팅된 내창(또는 저방사도 유리)을 포함하는 복층 유리 구조로 단열 창호를 제작하여 기존의 근적외선 반사율이 낮은 저방사도 유리의 단점을 보완함으로써 적외선 차단 효율을 크게 개선시켜 태양광 에너지의 실내 유입과 태양광 열선을 효율적으로 차폐할 수 있다.

Description

복층 유리 구조를 갖는 단열 창호{INSULATION WINDOW HAVING A DOUBLE LAYERED GLASS STRUCTURE}

본 발명은 단열 창호에 관한 것으로, 특히, 태양광 에너지의 실내 유입과 태양광 열선을 효율적으로 차폐할 수 있는 복층 유리 구조를 갖는 단열 창호에 관한 것이다.

최근에는 국제적으로 건물에서 에너지 절약의 절대적 요소인 창호를 통한 에너지 절약을 위해 창호의 단열율을 엄격하게 규정하고 있다. 이러한 규정에 따라 창호의 열효율성을 높이기 위하여 창호의 구조를 변경하는 추세에 있다. 그 중 하나가 단층(혹은 단겹) 유리 구조의 창호를 복층(혹은 복겹) 유리 구조의 창호로 변경하는 것이다.

복층 유리 구조의 창호는 기존의 단층 유리 구조의 창호에 비해 상대적으로 단열과 방음 효과가 우수한 것으로 알려져 있다. 하지만 목표하는 수준의 단열 효과는 기대하기 어렵다는 구조적 한계를 지니고 있다. 일례로 복층 유리 구조의 창호는 단층 유리가 서로 이격되어 설치되기 때문에 전도 방식에 의한 열전달은 효율적으로 차단할 수 있지만 그 구조적인 한계 상 복사에 의한 열전달은 차단하지 못한다는 단점이 있다.

잘 알려진 바와 같이, 태양광의 파장대역은 자외선 영역, 가시광선 영역, 적외선 영역을 포함한다. 이중 100nm 내지 380nm 대역에 해당하는 자외선은 피부에 손상을 주거나 물체를 변색시키는 것으로 알려져 있다. 700nm 내지 2300nm 대역에 해당하는 적외선은 태양 에너지의 약 53%에 해당하는 열 에너지를 가지고 있으며, 특히 700nm 내지 1500nm 대역에 해당하는 근적외선은 높은 에너지 밀도를 나타내고 있어 실내로 인입하게 되면 실내 내부의 온도를 상승시켜 여름철 냉방비 증가로 이어지게 된다.

적외선은 근적외선과 원적외선으로 분류되며, 보통 태양에서 직접 지구에 도달하는 적외선을 근적외선이라 하고, 태양 복사열, 난방기구 등 간접적으로 열을 발생하는 것을 원적외선이라 한다. 저방사도(low-emissivity) 필름과 같이 금속이 코팅된 필름의 경우 원적외선은 차단시킬 수는 있지만 태양에서 직접 들어오는 근적외선은 차단할 수 없다. 이에 따라, 최근 창호와 필름산업계의 기술 발달로 가시광선은 통과시키고 적외선과 자외선을 차단하는 고기능성 선택적 투과 창과 필름이 개발되었다.

지금까지 알려진 종래기술에 따른 태양광의 열 에너지의 유입을 차단하는 방법으로는 대부분 창호 유리에 적외선 반사물질을 코팅하거나, 혹은 창호 유리 제조시 이러한 물질을 함유시키는 방법이 사용되고 있다. 하지만, 이러한 방법은 태양광의 열에너지 유입을 효율적으로 차단하지 못하고 있다. 더욱이 태양광 흡수 유리의 경우 흡수된 열의 재방사로 인한 단열효과가 반감되고, 저방사도 유리 등과 같은 반사유리는 에너지 밀도가 높은 근적외선 영역에서 반사 효율이 좋지 못하는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 근적외선과 원적외선을 차단하여 태양광 에너지의 실내 유입과 태양광 열선을 효율적으로 차폐할 수 있는 복층 유리 구조를 갖는 단열 창호를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 하절기와 동절기에 우수한 단열효과를 가지면서 제조 비용이 저렴하고, 제조와 유지보수가 용이한 복층 유리 구조를 갖는 단열 창호를 제공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 외창과, 상기 외창과 대향하는 방향으로 이격되어 설치된 내창과, 상기 내창과 대향하는 상기 외창의 내부면에 코팅되어 외부 광으로부터 상기 외창으로 입사되어 상기 외창을 통해 투과되는 근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수층과, 상기 근적외선 흡수층과 대향하는 상기 내창의 내부면에 코팅되어 상기 근적외선 흡수층에 의해 흡수되지 않고 투과되는 원적외선을 반사시키는 원적외선 반사층을 포함하는 단열 창호를 제공한다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 외창과, 상기 외창과 대향하는 방향으로 이격되어 설치된 내창과, 상기 내창과 대향하는 상기 외창의 내부면에 코팅되어 외부 광으로부터 상기 외창으로 입사되어 상기 외창을 통해 투과되는 근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수층을 포함하고, 상기 내창은, 상기 근적외선 흡수층에 의해 흡수되지 않고 투과되는 원적외선을 반사시키는 저방사도 유리인 단열창호를 제공한다.

바람직하게, 상기 근적외선 흡수층은 근적외선 영역에서 최소 투과도가 가시광선 영역에서의 최대 투과도 대비 10% 내지 100% 낮을 수 있다.

바람직하게, 상기 내창은 저방사도 유리일 수 있다.

바람직하게, 상기 원적외선 반사층은 적어도 1000nm 파장대역에서 적외선 반사가 일어나고, 1000nm 내지 1mm의 파장대역에서 적외선 투과도가 가시광선 영역의 평균 투과도 대비 10% 내지 100% 낮을 수 있다.

바람직하게, 상기 내창은 적어도 1000nm 파장대역에서 적외선 반사가 일어나고, 1000nm 내지 1mm의 파장대역에서 적외선 투과도가 가시광선 영역의 평균 투과도 대비 10% 내지 100% 낮을 수 있다.

본 발명에 따르면, 근적외선 흡수층이 코팅된 외창과 적외선 반사층이 코팅된 내창(또는 저방사도 유리)을 포함하는 복층 유리 구조로 단열 창호를 제작하여 기존의 근적외선 반사율이 낮은 저방사도 유리의 단점을 보완함으로써 적외선 차단 효율을 크게 개선시켜 태양광 에너지의 실내 유입과 태양광 열선을 효율적으로 차폐할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 근적외선 흡수층을 외창에 코팅하는 방식으로 복층 유리 구조의 단열 창호를 제작함으로써 유리 제작시 근적외선 흡수물질을 함유시켜 제작하는 구조에 비해 우수한 단열효과를 가지면서 제조 비용이 저렴하고, 제조와 유지보수가 용이하다.

도 1은 본 발명을 따르는 단열 창호의 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명을 따르는 단열 창호의 실시예의 사시도를 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 단열 창호의 근적외선 흡수층으로 사용된 흡수체로 폴리아닐린에 폴리스티렌 술폰산(polystyrene sulfonic acid) 도펀드(dopant)를 도핑한 경우 광흡수 특성을 측정한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 단열 창호의 근적외선 흡수층으로 사용된 흡수체로 ADS사의 'ADS1065A' 제품의 광흡수 특성을 측정한 도면.
도 5는 도 1에 도시된 단열 창호의 근적외선 흡수층으로 사용된 흡수체로 ADS사의 'ADS1065A' 제품과 가교성 고분자인 poly(4-vinyphenol-co-methylmethacrylate)/ poly(melamine-co-formaldehyde)의 혼합물이 코팅된 경우의 광흡수 특성을 측정한 도면.
도 6는 도 1에 도시된 단열 창호의 근적외선 영역에서의 열선 차단효과를 도시한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상(또는 상부)"에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 층을 나타낸다.

또한, 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

한편, 명세서 전체에 있어서, '근적외선'이라고 기재된 경우 '700nm 내지 1500nm(700nm 이상에서 1500nm 미만의 파장대역)'을 의미하고, '원적외선'이라고 기재된 경우, 1500nm 이상의 중, 장 파장대역의 적외선을 의미한다. 또한 '저방사도'는 적외선을 흡수하거나 또는 반사하는 표면의 능력을 의미하는 것으로서, 본 명세서에서, '저방사도 유리'라고 기재된 경우 방사율(유리 표면에서 열이 손실되는 정도)이 0.84인 일반 판 유리보다 방사율이 낮은 유리를 의미한다. 따라서, '저방사도 유리'라 함은 방사율이 0.84 미만, 바람직하게는 0.5 이하인 유리를 의미한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 단열 창호를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 단열 창호를 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 단열 창호는 외창(110)과, 외창(110)과 대향하는 방향으로 설치된 내창(210)과, 내창(210)과 대향하는 외창(110)의 내부면에 코팅되어 외부 광(예를 들면, 태양광)으로부터 외창(110)으로 입사되어 외창(110)을 통해 투과되는 근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수층(120)과, 근적외선 흡수층(120)과 대향하는 내창(210)의 내부면에 코팅되어 근적외선 흡수층(120)에 의해 흡수되지 않고 투과되는 원적외선을 반사시키는 원적외선 반사층(220)을 포함한다.

외창(110)과 내창(210)은 일정 거리 이격되어 설치되어 일체화되며, 이에 따라, 이들 사이에는 공동(300)이 형성된다. 공동(300)은 단열 효과를 극대화시키기 위하여 진공 상태로 유지되거나, 혹은 열전도도가 비교적 낮은 공기로 채워질 수 있다. 이외에도, 열전도도가 낮은 비활성 기체, 예를 들면 헬륨 등으로 채워질 수 있다.

외창(110)은 방사율이 0.84 또는 그 이상의 일반 투명유리이거나, 혹은 가시광선은 투과시키고 자외선을 선택적으로 차단하기 위하여 자외선 차단 유리를 사용할 수 있다.

또한, 외창(110)과 내창(210), 특히 내창(210)은 내부면에 은(Ag)을 포함하는 금속 산화물들이 열분해법(pyrolytil coating) 또는 이온스퍼터링 공법(ion sputtering)을 통해 코팅되어 방사율이 0.84 미만인 저방사도 유리로 제조될 수도 있다.

또한, 내창(210)은 방사율이 0.84 또는 그 이상의 일반 투명유리이거나, 혹은 가시광선은 투과시키고 자외선을 선택적으로 차단하기 위하여 자외선 차단 유리를사용할 수 있다.

근적외선 흡수층(120)은 700nm 내지 1500nm의 근적외선을 흡수하기 위한 흡수체를 포함한다. 예를 들어, 근적외선 흡수체로는 근적외선 흡수 색소, 무기입자, 공액계 고분자, 유/무기계 복합재료 등과 같은 다양한 유/무기 물질을 사용할 수 있다.

예를 들면, 유기계 복합재료는 고분자형 흡수물질과 단분자형, 혹은 올리고머(oligomer)형 흡수 물질을 포함하고, 고분자 물질로는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polyphenol), 폴리씨오펜(polythiophene), 폴리아센(polyacene) 및 이들의 유도체를 포함한 공액계 고분자 물질, 기타 방향족 및 지방족 고분자 물질로서, 400nm 내지 700nm(400nm 이상 700nm 미만) 파장대역의 가시광선 영역 대비 700nm 내지 1500nm(700nm 이상 1500nm 미만) 파장대역의 근적외선 영역에서 높은 광흡수 특성을 갖는 물질을 포함한다.

또한, 공액형 고분자 물질에 무기산, 유기산, 주기율표의 15족, 16족, 17족 원소로 구성된 기체를 도핑하여 고분자 물질의 전자구조를 제어함으로써 700nm 내지 1500nm 파장대역의 근적외선 영역의 흡수 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 단분자형 또는 올리고머형 흡수물질로는 씨오펜, 피롤, 아센 및 이들의 유도체 물질을 포함한 공액이중결합을 가지는 물질과 근적외선 영역에서 흡수효율이 뛰어난 특성 작용기를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 고분자, 올리고머 및 단분자 유기물질은 공액이중결합 또는 시아닌(cyanines), 시오렌(thiolenes), 옥사졸(oxazoles), 페릴렌(perylenes), 루미놀(luminol), 아민(amine), 아졸(azole) 등의 작용기를 포함할 수 있다.

또한, 근적외선 흡수체로서, 이미 상용화되어 디스플레이 패널이 근적외선 필터에 사용되는 염료 및 안료 등이 모두 적용될 수 있는데, 대표적인 것으로는 ADS(Americal Dye Source)사, CI(Casorganic Incorporation)사의 'NIR dye' 제품이 적용될 수 있다.

또한, 무기계 복합재료로는 유기금속화합물 또는 금화화합물, 니켈(nickel) 화합물, 오니늄(onium) 화합물, 텅스텐(tungsten) 화합물 및 기타 금속화합물, 금속 착화물 등을 포함할 수 있다. 이들 물질은 400nm 내지 700nm 파장대역의 가시광선 영역 대비 800nm 내지 1500nm 파장대역의 근적외선 영역에서 높은 광흡수 특성을 나타낸다.

이러한 근적외선 흡수층(120)은 건식 또는 습식방식으로 외창(110)의 내부면에 코팅될 수 있다. 또한, 환경 안정성을 확보하기 위하여 근적외선 흡수층(120)에 유기, 무기 또는 유무기 하이브리드 물질을 코팅하거나, 혹은 다른 투명유리 또는 투명 고분자 필름을 덧붙이는 방법으로 근적외선 흡수층의 환경 안정성 및 내구성을 확보할 수도 있다.

도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 근적외선 흡수층(120)으로 사용된 흡수체로 코팅된 외창(110)의 광흡수 특성을 도시한 비교예로서, 도 3은 폴리아닐린에 폴리스티렌 술폰산(polystyrene sulfonic acid) 도펀드(dopant)를 도핑한 경우 광흡수 특성을 측정한 도면이고, 도 4는 ADS사의 'ADS1065A' 제품의 광흡수 특성을 측정한 도면이고, 도 5는 ADS사의 'ADS1065A' 제품과 가교성 고분자의 혼합체의 광흡수 특성을 측정한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 폴리아닐린은 그 자체로서는 근적외선 영역의 흡수효율이 높지 않은 것으로 알려져 있으나, 폴리아닐린에 폴리스티렌 술폰산(polystyrene sulfonic acid) 도펀드를 도핑한 후 외창(110)에 코팅하면 근적외선 영역의 파장대역에서 강한 광흡수 거동을 볼 수 있다. 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 ADS사'의 'ADS1065A' 제품을 외창(110)에 코팅한 경우 400nm 내지 700nm 파장대역의 가시광선 영역 대비 근적외선 영역에서 높은 광흡수율을 보이는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 근적외선 흡수층(120)은 외창(110)에 코팅되어 일체화되는 경우, 근적외선 흡수층(120)을 포함한 외창(110)은 근적외선 영역에서 최소 투과도가 가시광선 영역에서의 최대 투과도 대비 10% 이상, 바람직하게는 10% 내지 100% 낮은 물질을 사용할 수 있다.

원적외선 반사층(220)은 내창(210)의 내부면에 은을 포함하는 금속 산화물들이 열분해법(pyrolytil coating) 또는 이온스퍼터링 공법(ion sputtering)을 통해 코팅될 수 있다.

원적외선 반사층(220)은 내창(210)의 내부면에 코팅되어 일체화되는 경우, 원적외선 반사층(220)을 포함한 내창(210)은 적어도 1000nm 파장대역에서 적외선 반사가 일어나고, 1000nm 내지 1mm의 파장대역에서 적외선 투과도가 가시광선 영역의 평균 투과도 대비 10% 이상, 바람직하게는 10% 내지 100% 낮은 물질을 사용할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단열 창호의 근적외선 영역에서의 열선 차단효과를 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 일반 투명유리, 적외선 흡수유리 또는 적외선 반사유리(저방사도 유리)와 같이 단층 유리 구조의 창호를 사용하는 경우에 비해, 본 발명의 실시예에 따른 단열 창호에서와 같이 적외선 흡수층이 코팅된 외창과 적외선 반사층이 코팅된 내창을 결합한 복층 유리 구조의 단열 창호를 구현하는 경우 근적외선 영역과 1500nm 파장대역 이상의 적외선 영역에서의 광투과율이 모두 낮은 것을 알 수 있다.

이러한 결과는, 본 발명의 실시예에 따른 단열 창호가 실내로 유입되는 태양광 중 근적외선은 외창(110)에 코팅된 근적외선 흡수층(120)에서 흡수되어 차단되고, 근적외선 흡수층(120)에서 흡수되지 않고 투과되는 그 이외의 적외선, 즉 원적외선은 내창(210)에 코팅된 원적외선 반사층(220)에 의해 반사되어 차단된 결과이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 따라서, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

110 : 외창 120 : 근적외선 흡수층
210 : 내창 220 : 원적외선 반사층
300 : 공동

Claims (6)

1. 외창;
   상기 외창과 대향하는 방향으로 이격되어 설치된 내창;
   상기 내창과 대향하는 상기 외창의 내부면에 코팅되어 외부 광으로부터 상기 외창으로 입사되어 상기 외창을 통해 투과되는 근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수층; 및
   상기 근적외선 흡수층과 대향하는 상기 내창의 내부면에 코팅되어 상기 근적외선 흡수층에 의해 흡수되지 않고 투과되는 원적외선을 반사시키는 원적외선 반사층
   을 포함하는 단열창호.
   
2. 외창;
   상기 외창과 대향하는 방향으로 이격되어 설치된 내창; 및
   상기 내창과 대향하는 상기 외창의 내부면에 코팅되어 외부 광으로부터 상기 외창으로 입사되어 상기 외창을 통해 투과되는 근적외선을 흡수하는 근적외선 흡수층을 포함하고,
   상기 내창은,
   상기 근적외선 흡수층에 의해 흡수되지 않고 투과되는 원적외선을 반사시키는 저방사도 유리인,
   단열창호.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 근적외선 흡수층은,
   근적외선 영역에서 최소 투과도가 가시광선 영역에서의 최대 투과도 대비 10% 내지 100% 낮은,
   단열 창호.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 내창은,
   저방사도 유리인,
   단열 창호.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 원적외선 반사층은,
   적어도 1000nm 파장대역에서 적외선 반사가 일어나고, 1000nm 내지 1mm의 파장대역에서 적외선 투과도가 가시광선 영역의 평균 투과도 대비 10% 내지 100% 낮은,
   단열 창호.
   
6. 제2항 또는 제4항에 있어서,
   상기 내창은,
   적어도 1000nm 파장대역에서 적외선 반사가 일어나고, 1000nm 내지 1mm의 파장대역에서 적외선 투과도가 가시광선 영역의 평균 투과도 대비 10% 내지 100% 낮은,
   단열 창호.
   

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