KR20120118303A - 에너지절약형 창 및 복층유리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지절약형 창 및 복층유리에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 태양에너지 투과/차단 효율을 향상시키는 에너지절약형 창 및 복층유리 에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판, 기판에 코팅되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막, 및 써모크로믹 박막에 코팅되고, 적외선영역에서 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막을 포함하여 구성되어 태양에너지 투과/차단 효율을 향상시켜 건물의 냉?난방 부하를 줄일 수 있는 효과를 제공한다.

Description

에너지절약형 창 및 복층유리{ENERGY SAVING WINDOW AND PAIR-GLASS}
본 발명은 에너지절약형 창 및 복층유리에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 태양에너지 투과/차단 효율을 향상시키는 에너지절약형 창 및 복층유리 에 관한 것이다.
최근 석유 등의 화학 에너지원의 가격이 급등하면서 새로운 에너지원 개발의 필요성이 커지고 있다. 또한, 이에 못지않게 에너지 절감기술의 중요성도 증대되고 있다. 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.
이에 온도에 따른 태양광, 특히 열적 작용이 강한 적외선의 선택적 투과, 차단이 가능한 산화바나듐(Vanadium Oxide) 박막을 유리에 코팅하여 에너지 효율을 증가시키기 위한 기술이 개발되고 있고는 있으나, 산화바나듐 박막의 실제 태양에너지의 투과/차단 효율이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 적외선영역에서 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키기 위한 고굴절 박막을 써모크로믹 박막에 코팅함으로써, 태양에너지 투과/차단 효율을 향상시키는 에너지절약형 창 및 복층유리를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 기판; 상기 기판에 코팅되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막; 및 상기 써모크로믹 박막에 코팅되고, 적외선영역에서 상기 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창을 제공한다.
상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 고굴절 박막은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ⅳ)(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화하프늄(HFO2), 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 써모크로믹 박막은 VO2 박막이고, 상기 고굴절 박막은 1.7~2.7의 굴절률을 갖는 박막일 수 있다.
여기서, 상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.25~0.8일 수 있고, 바람직하게는 상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.5~0.8일 수 있다.
또한, 본 발명은 제1유리기판, 상기 제1유리기판과 마주보는 면상에 코팅부를 가지며 이격되어 설치되는 제2유리기판; 및 상기 제1유리기판 및 상기 제2유리기판 사이에 설치되어 유리기판 간에 이격 간격을 유지시키는 스페이서를 포함하고, 상기 코팅부는, 상기 제2유리기판에 코팅되는 VO2 박막; 및 상기 VO2 박막에 코팅되고, 적외선영역에서 상기 VO2 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 복층유리을 제공한다.
상기 고굴절 박막은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ⅳ)(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화하프늄(HFO2), 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 고굴절 박막은 1.7~2.7의 굴절률을 갖는 박막일 수 있다.
또한, 상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.25~0.8일 수 있고, 바람직하게는, 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.5~0.8일 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부 환경에 따라 태양광의 투과율이 조절되는 써모크로믹 박막에 고굴절 박막을 코팅함으로써, 태양에너지 투과/차단 효율을 향상시켜 건물의 냉?난방 부하를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창의 파장 별 투과율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 복층유리의 개략적 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 참조하면, 본 발명에 따른 에너지절약형 창은 기판(100), 기판(100)에 코팅되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막(110), 및 써모크로믹 박막(110)에 코팅되고 적외선영역에서 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막(120)을 포함하여 구성된다.
기판(100)은 써모크로믹 박막(110)을 코팅하기 위한 투명 또는 유색의 일정한 넓이 및 두께를 갖는 기재로, 바람직하게는 소다라임계 유리기판이 사용될 수 있다.
써모크로믹 박막(110)은 기판(100)에 투과되는 태양광량을 제어하기 위하여 기판(100)에 써모크로믹 현상을 일으키는 물질은 코팅하여 형성시킨다. 써모크로믹 물질은 특정 온도에서 천이 현상이 발생하고, 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(110)은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(Ⅲ)(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
고굴절 박막(120)은 써모크로믹 박막(110)의 태양에너지 투과/차단 효율을 향상시키기 위해 써모크로믹 박막(110)에 고굴절 물질을 코팅하여 형성시킨다.
써모크로믹 박막(110)에 코팅된 고굴절 박막(120)에 의해 써모크로믹 박막(110)에 투과되는 태양광의 파장 및 투과율이 변화하므로, 이를 이용하여 적외선영역에서 써모크로믹 박막(110)의 상전이 전/후 투과율 차(상전이 전 투과율 - 상전이 후 투과율)가 음의 값을 갖는 파장을 단파장, 바람직하게는 800nm 쪽으로 이동시킬 수 있다.
이에 의해, 태양에너지의 투과/차단 효율이 높은 800~1700nm 파장 영역에서 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과율 차이를 써모크로믹 박막 단일층에 의한 투과율 차이 보다 크게 함으로써 건물의 냉?난방 부하를 줄일 수 있을 것이다.
즉, 태양 복사 스펙트럼을 보면, 가시광선영역과 적외선영역의 비중이 50:50정도가 되며, 적외선영역을 세분화해 보면, 800~1300nm영역이 36%, 1300~1700nm영역의 9%이며, 1700~2500nm영역이 5%정도를 차지한다. 따라서, 고굴절 박막을 코팅하여 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과되는 파장 및 투과율을 변화시켜 상전이에 따른 800~1700nm 파장 영역에서의 투과율 차를 크게 함으로써, 태양에너지의 투과/차단 효율을 높일 수 있다.
이때, 고굴절 박막(120)은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ⅳ)(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화하프늄(HFO2), 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 창의 파장 별 투과율을 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 VO2 박막 및 TiO2 고굴절 박막을 갖는 창은 VO2 단일 박막을 갖는 창에 비해 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장이 약 900nm 에서 약 750nm 쪽으로 이동함을 할 수 있다.
또한, 써모크로믹 박막(110)이 VO2 박막인 경우, 고굴절 박막은 1.7~2.7의 굴절률을 갖는 박막인 것이 바람직하다.
[표 1]은 VO2 단일 박막이 코팅된 유리와 VO2 박막 상에 TiO2 를 코팅한 유리의 상전이 전/후의 태양광 투과율 및 가시광 투과율 변화를 나타낸 표이다.
태양광 투과율(%) 가시광 투과율(%)
상전이 전 상전이 후 상전이 전 상전이 후
VO2 단일 막 40.8 35.2 37.8 36.6
VO2/TiO2 막 49.3 38.6 41.7 40.1
[표 1]에 나타난 바와 같이, VO2 단일 막 대비 VO2/TiO2 막으로 구성한 창의 경우, 상전이 전 가시광 투과율이 3% 향상되었으며, 상전이 전/후의 태양광 투과율 차이가 증가함을 알 수 있다. 따라서, 써모크로믹 박막에 고굴절 박막을 코팅함으로써, 태양에너지의 투과/차단 효율이 증가함을 알 수 있다.
[표 2]는 45nm의 VO2 박막에 코팅된 TiO2 의 광학적 두께(Optical Thickness)에 따른 상전이 전/후의 투과율 및 반사율을 나타낸 표이다.
상전이 전 상전이 후
500nm 1000nm 500nm 1000nm
광학적 두께 반사율
(%)		 투과율
(%)		 반사율
(%)		 투과율
(%)		 반사율
(%)		 투과율
(%)		 반사율
(%)		 투과율
(%)
0 36.3 35.9 32.8 45.0 34.9 30.4 21.7 39.6
0.1 18.1 46.1 34.2 44.1 15.3 39.4 14.7 43.1
0.2 1.8 55.3 31.4 45.9 2.4 45.5 7.9 46.6
0.25 8.2 51.6 28.6 47.9 10.5 41.7 5.6 47.7
0.3 20.2 44.9 24.8 50.4 22.5 36.1 4.6 48.3
0.4 37.0 35.4 15.1 56.9 37.4 29.2 6.9 47.1
0.5 35.0 36.5 5.7 63.2 33.4 31.0 13.4 43.8
0.6 15.1 47.7 2.0 65.7 12.5 40.76 20.6 40.2
0.7 2.4 54.8 6.6 62.6 3.5 44.9 25.9 37.5
0.75 10.8 50.1 11.2 59.5 13.3 40.4 27.5 36.7
0.8 23.0 43.3 16.3 56.1 25.1 34.8 28.3 36.3
0.9 37.7 35.0 25.7 49.8 37.9 28.9 27.3 36.7
[표 2]에 나타난 바와 같이, VO2 박막 상에 코팅되는 고굴절 박막의 광학적 두께가 0.25~0.8, 바람직하게는 0.5~0.8일 때, 상전이 전/후의 투과율 차이가 큼을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지절약형 복층유리의 개략적 단면도 이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지절약형 복층유리는 제1유리기판(210), 제1유리기판(210)과 마주보는 면상에 코팅부(221)를 가지며 이격되어 설치되는 제2유리기판(220), 및 제1유리기판(210) 및 제2유리기판(220) 사이에 설치되어 유리기판 간에 이격 간격을 유지시키는 스페이서(230)를 포함하고, 코팅부(211)는, 제2유리기판(220)에 코팅되는 VO2 박막 및 VO2 박막에 코팅되고, 적외선영역에서 VO2 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막을 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 복층유리가 문틀(240)에 기밀성 있게 고정됨으로써, 상술한 바와 같이 태양 에너지 투과/차단 효율이 높으면서, 단일층 유리에 비해 방음, 방풍, 방열특성에서 우수한 효과를 가질 수 있을 것이다.
여기서, 고굴절 박막은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ⅳ)(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화하프늄(HFO2), 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.
또한, 고굴절 박막은 1.7~2.7의 굴절률을 가질 수 있으며, 고굴절 박막의 광학적 두께는 0.25~0.8, 바람직하게는 0.5~0.8 일 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 110 : 써모크로믹 박막
120 : 고굴절 박막
210 : 제1유리기판 211 : 코팅부
220 : 제2유리기판 230 : 스페이서
240 : 문틀

Claims (11)

  1. 기판;
    상기 기판에 코팅되는 써모크로믹(Thermochromic) 박막; 및
    상기 써모크로믹 박막에 코팅되고, 적외선영역에서 상기 써모크로믹 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막은 이산화바나늄(VO2), 산화티타늄(TI2O3), 산화나이오븀(NbO2), 및 황화니켈(NiS) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고굴절 박막은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ⅳ)(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화하프늄(HFO2), 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 써모크로믹 박막은 VO2 박막이고, 상기 고굴절 박막은 1.7~2.7의 굴절률을 갖는 박막인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.25~0.8인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.5~0.8인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 창.
  7. 제1유리기판;
    상기 제1유리기판과 마주보는 면상에 코팅부를 가지며 이격되어 설치되는 제2유리기판; 및
    상기 제1유리기판과 상기 제2유리기판 사이에 설치되어 유리기판 간에 이격 간격을 유지시키는 스페이서를 포함하고,
    상기 코팅부는, 상기 제2유리기판에 코팅되는 VO2 박막; 및
    상기 VO2 박막에 코팅되고, 적외선영역에서 상기 VO2 박막의 상전이 전/후 투과율 차가 음의 값을 갖는 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 고굴절 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지절약형 복층유리.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고굴절 박막은 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ⅳ)(TiO2), 지르코니아(ZrO2), 이산화하프늄(HFO2), 및 삼산화안티몬(Sb2O3) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 복층유리.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 고굴절 박막은 1.7~2.7의 굴절률을 갖는 박막인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 복층유리.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.25~0.8인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 복층유리.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 고굴절 박막의 광학적 두께(Optical Thickness)가 0.5~0.8인 것을 특징으로 하는 에너지절약형 복층유리.

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