KR20210061098A

KR20210061098A - 에너지효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템

Info

Publication number: KR20210061098A
Application number: KR1020190148905A
Authority: KR
Inventors: 조성환; 홍성기; 남윤광
Original assignee: 전주대학교 산학협력단
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-27
Also published as: KR102371008B1

Abstract

본원 발명은 에너지효율성을 개선한 고효율 복합창호시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 외부 태양광을 건물내부로 반사시켜 조명으로 활용할 수 있도록 하고, 외부 일조량에 따라서 내부로 유입되는 광량을 조절할 수 있도록 한 복합창호시스템에 관한 것이다.
건물 외부와 건물 내부를 구분하는 벽체에 설치되는 창호시스템에 있어서, 외부 태양광을 건물 내부로 반사시키는 반사창호부; 외부 일조량에 따라서 건물 내부로 유입되는 광량을 조절하는 명암조절창호부를 포함하는 에너지효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템에 관한 것이다.

Description

에너지효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템 {A COMPLEX WINDOW SYSTEM FOR BETTER ENERGY EFFICIENCY}

본원 발명은 에너지 효율성을 개선한 복합창호시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 외부 태양광을 건물 내부로 반사시켜 조명으로 활용할 수 있도록 하고, 외부 일조량에 따라서 내부로 유입되는 광량을 조절할 수 있도록 한 복합창호시스템에 관한 것이다.

일반적으로 창호 시스템은 외부의 더운 공기 또는 차가운 공기, 비바람으로부터 건물 내부의 주거환경을 보호하는 역할을 한다. 이러한 창호 시스템은 과거 종이 창호 시스템에서 시작하여, 유리 창호 시스템으로 발전하여 왔다.

그러나, 이러한 창호 시스템들은 열거나 닫는 것 외에 건물 내부로 유입되는 태양광의 일조량을 조절할 수 있는 방법이 없고, 계절에 따라서 일조량이 큰 폭으로 차이가 나기 때문에, 여름철에는 건물 내부가 더욱 덥게 되고, 겨울철에는 건물내부가 더욱 춥게 되는 문제가 있다. 이러한 문제에 따라 일조량의 차이를 개선하기 위한 기술이 꾸준히 개발되어 왔다.

그러한 기술의 일종으로서 광변색 물질이 형성되는 창호 시스템 등이 있으나, 이러한 창호는 단일층으로 구성되어 있어 태양광을 적절하게 제어할 수 없다는 단점이 있다.

이에 본원 발명의 발명자는 건물 내부의 조명 부하와 냉난방 부하를 절감하기 위해 태양광의 적절한 제어를 통해서 에너지 효율성을 개선한 복합창호시스템을 개발하게 되었다.

0001. 한국특허공개번호 10-2018-0085439호(2018. 07. 27 공개)

본원 발명의 목적은 건물 내부로 유입되는 태양광의 방향 및 광량을 동시에 조절할 수 있는 복합창호시스템을 제공하는 것이다.

본원 발명의 목적은 건물 내부로 유입되는 태양광의 방향을 조절하여 건물 내부의 조명으로 활용하고 또한 광량을 조절하여 냉난방에너지를 절약할 수 있는 복합창호시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본원 발명은,

건물외부와 건물내부를 구분하는 벽체에 설치되는 창호시스템에 있어서,

외부 태양광을 건물 내부로 반사시키는 반사창호부;

외부 일조량에 따라서 건물 내부로 유입되는 광량을 조절하는 명암조절창호부;를 포함하는 에너지효율성이 개선된 복합창호시스템이다.

바람직하게 본원 발명의 상기 반사창호부는

상기 명암조절창호부의 상부에 배치되며, 상기 반사창호부에 의해서 반사된 태양광은 천정에 구비된 반사시트를 통해서 건물 내의 하부 방향으로 반사되는 것을 특징으로 하는 에너지효율성이 개선된 복합창호시스템이다.

또한, 본원 발명의 상기 반사창호부는 이중층으로 구성되며, 상기 이중층 사이에는 복수 개의 반사거울이 경사진 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지효율성이 개선된 복합창호시스템이다.

한편, 본원 발명의 상기 명암조절창호부는 상호 이격된 삼중 유리층을 구비하되, 제1의 이격공간에는 아르곤 가스 또는 건조 공기가 구비되고, 제2의 이격공간 사이에는 PVB 필름, PET, TCO코팅층, SPD코팅층, TCO코팅층, PET, PVB필름이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 에너지효율성이 개선된 복합창호시스템이다.

또한, 본원 발명의 상기 반사창호부의 반사 거울의 재질은 알루미늄, 은, 콜드 미러(cold mirror) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지효율성이 개선된 복합창호시스템이다.

본원 발명은 건물 내부로 유입되는 태양광의 반사각 및 광량을 동시에 조절할 수 있는 복합창호시스템이다.

본원 발명의 반사창호부는 건물 내부로 유입되는 태양광의 반사각을 조절하여 건물 내부의 조명으로 활용할 수 있고, 또한 명암조절창호부는 내부로 유입되는 광량을 조절하여 냉난방에너지를 절약할 수 있는 것이다.

도 1은 본원 발명에 따른 복합 창호 시스템의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본원 발명에 따른 복합 창호 시스템의 평면도 및 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본원 발명에 따른 반사창호부의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본원 발명에 따른 명암조절창호부의 단면도를 나타낸 것이다.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본원 발명은 도면을 참조해서 설명하도록 한다.

도 1은 본원 발명에 따른 복합 창호 시스템의 사시도로서, 크게는 외부 태양광을 건물 내부로 반사시키는 반사창호부(100)와, 외부 일조량에 따라서 건물 내부로 유입되는 광량을 조절하는 명암조절창호부(200)로 구성되어 있다.

상기 복합창호시스템은 상부에 반사창호부가 구비되고, 상기 반사창호부 하부에 연속하여 명암조절창호부가 구비된다. 바람직하게는 상기 복합창호시스템의 상단부와 하단부에는 각각 환기통공이 구비되는 것이다. 실내의 공기온도와 오염도에 따라서 내부와 외부의 공기를 환기기시킬 수 있다. 특히 날씨 및 미세먼지 농도에 따라서 공기의 환기를 절환할 수 있는 것이다.

상기 반사창호부(100)는 이중창으로 이루어지되, 이중창 사이의 이격공간에 반사시트가 구비된다. 하부의 명암조절창호부(200)는 여름철에(A)는 명암을 어둡게 하여 외부의 뜨거운 태양광이 적게 유입되도록 하여 실내온도가 높아지는 것을 막고, 겨울철(B)에는 외부의 태양광이 실내로 유입되어서 실내온도를 보충할 수 있도록 한다.

바람직하게, 상기 반호창호부의 반사시트는 상부방향으로 오목하고 하부방향으로 볼록한 호(弧)의 구조를 가진다.

도 2는 본원 발명에 따른 복합 창호 시스템 및 복합 창호 시스템이 부착된 건물 내부의 평면도 및 단면도로서, 도 2에 도시된 바와 같이 반사창호부는 명암조절창호부의 상부에 배치되되, 반사창호부에서는 천정에 구비된 반사 시트를 통해 태양광을 건물 내 천정으로 반사되도록 하고, 천정에 조사된 태양광은 실내 하부 방향으로 반사되어 조명을 대신할 수 있도록 한다. 이와 같은 반사창호부에 의해서 실내조명을 위한 전기에너지를 절약할 수 있게 된다.

건물외벽 상부에 구비된 반사창호부에 조사되는 태양광은 일반창호시스템인 경우에 실내바닥을 향하게 되고 조명의 역할을 할 수 없고, 다만 창호 근처의 실내공기를 덮히는 역할을 한다. 그러나 이러한 반사창호부에 의해서 태양광을 천정에 조사하게 되어 조명을 대신하게 됨으로 인해서 조명을 위한 전기에너지를 절약하게 된다.

도 3은 본원 발명에 따른 반사창호부의 단면도를 나타낸 것으로서, 도 3에 도시된 바와 같이 반사창호부는 이중층이며, 상기 이중층 사이에는 복수 개의 반사 거울이 경사진 상태로 배치되어 있다. 상기 반사창호부는 또 다시 상하 2단으로 구성하는 것이 가능하다. 즉, 반사창호부 중에서 윗부분은 제1반사시트에 의해서 직사반사창호부로 구성하고, 아랫부분은 제2반사시트에 의해서 시선차단창호부로 구성하는 것이 가능하다. 즉, 제1반사시트(110)는 외부의 직사광선을 건물 내부의 천정부로 향하도록 반사시트를 상부방향으로 오목하게 하부방향으로 볼록하게 배치하는 것이 바람직하고, 제2반사시트(120)는 반사창호부 중에서도 사람들의 시선에 근접한 아랫부분은 위로 볼록하면서 경사지도록 배치된 반사시트에 의해서 외부의 태양광이 직사광선으로 반사되어 유입되지 아니하고, 다만 반사시트에 의해서 태양광이 확산되어 유입되도록 한다.

반사창호부의 재질은 알루미늄, 은, 콜드 미러(cold mirror) 등에서 1종 이상 선택될 수 있으며, 반사 거울의 각도는 바람직하게는 창문 바깥쪽으로 15~45°으로 형성된다. 반사창호부의 SHGC(태양열 획득 계수)는 0.15 이하이다.

도 4는 상기 반사창호부 하부에 마련되는 명암조절창호부의 내부 단면도를 나타낸 것으로서, 상기 반사창호부의 하부에 구비되는 명암조절창호부는 도시된 바와 같이 상호 이격된 삼중 유리층이 구비되어 있고, 삼중 유리층은 각각 외부층, 중간층, 내부층으로 이루어지며, 상기 외부측의 내측으로는 금속산화물을 얇게 코팅하여 실내 열에너지를 내부로 반사키기고, 실외 태양복사열을 반사시키는 금속산화물 코팅층(212)을 형성하고, 상기 외부층과 중간층 사이에는 제1이격공간으로서 아르곤 가스 또는 건조 공기가 구비된다. 중간층과 내부층과의 사이 즉, 제2이격공간에는 제1PVB 필름층(215), 제1PET층(216), 제1TCO코팅층(217), SPD코팅층(218), 제2TCO코팅층, 제2PET층, 제2PVB필름층이 순차적으로 적층된다.

상기 제1이격공간의 아르곤 가스는 특히 공기보다 열 전도율이 낮아 삼중 유리층의 양쪽 가장자리의 온도차에서 발생되는 열 교환 현상을 억제하고, 삼중 유리층 사이의 공간의 대류 활동을 늦추므로 결로현상과 냉복사 현상을 억제하여 단열 효과를 높여주는 기능을 한다.

또한 제2이격공간에 구비되는 각 필름층에 대해서 살펴보면, PVB필름은 유리와 유리를 서로 점착, 접합시키는 역할을 하며, PET는 단열 역할을 하고, TCO 코팅층은 전기 전도성을 높여주는 역할을 한다.

<실시예 1>

본원 발명을 통한 실험 데이터에 의하면, 여름철에 해당하는 7월에서 9월의 데이터를 사용할 예정이고, 시뮬레이션을 통해 냉방부하와 조명부하를 확인하였다.

특히, 시뮬레이션을 통해 투과도가변유리(SPD)의 차폐율을 제어하여 조명부하와 냉방부하의 합을 나타낸 것으로 7월에서 9월까지의 데이터를 부하량이 최저점이 되는 기준에 맞춰 평균을 내었다. 그 결과는 표 1로 다음과 같이 확인하였다.

Shading	08:00	09:00	10:00	11:00	12:00	13:00	14:00	15:00	16:00	17:00
0.9	483	697	895	1300	1673	1831	1864	1819	1717	1567
0.8	481	693	893	1288	1645	1856	1884	1832	1703	1587
0.7	480	691	891	1274	1672	1882	1910	1858	1716	1550
0.6	478	688	889	1266	1699	1907	1935	1883	1730	1558
0.5	477	683	887	1272	1712	1932	1960	1908	1743	1567
0.4	475	678	885	1284	1733	1958	1986	1934	1756	1575
0.3	473	673	884	1293	1760	1983	2011	1959	1770	1583
0.2	472	678	889	1301	1788	2008	2036	1984	1783	1592
0.1	473	683	891	1312	1808	2034	2062	2010	1796	1600

상기 데이터를 통해 표로 나타낸 결과를 회귀분석 결과 다음과 같은 함수를 확인 할 수 있었다. 이 그래프는 시간에 따른 SPD제어를 위해 조명부하와 냉방부하의 전체 에너지사용량을 Normalization하여 도 5와 같은 그래프가 나타내는 것을 확인할 수 있고, 회귀분석한 결과 S(t) 와 같은 제어함수를 확인할 수 있었다. 그리고 회귀 분석한 결과를 통해 SPD제어 함수로 다음과 같이 제안하고자 한다.

여기서 x에 대한 값은 시간에 대한 값으로 제어하도록 한다. 그에 따라 시간과 차폐율에 대한 함수로 제어를 하며 시간에 맞는 SPD제어가 필요한 첨단 외피의 제어를 하도록 한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 반사창호부
110 : 제1반사시트
120 : 제2반사시트
200 : 명암조절창호부
210 : 삼중 유리층 외부층
212 : 금속산화물 코팅층
213 : 아르곤 가스 또는 건조 공기층
214 : 삼중 유리층 중간층
215 : PVB 필름층,
216 : PET층
217 : TCO코팅층
218 : SPD코팅층
219 : TCO코팅층
220 : PET층
221 : PVB 필름층
222 : 삼중 유리층 내부층

Claims

건물외부와 건물내부를 구분하는 벽체에 설치되는 창호시스템에 있어서,
외부 태양광을 건물 내부로 반사시키는 반사창호부 (100);
외부 일조량에 따라서 건물 내부로 유입되는 광량을 조절하는 명암조절창호부 (200);를 포함하는
에너지효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템.
제1항에 있어서,
상기 반사창호부는
상기 명암조절창호부의 상부에 배치되며, 상기 반사창호부에 의해서 반사된 태양광은 천정에 구비된 반사시트를 통해서 건물 내의 하부방향으로 반사되는 것을 특징으로 하는 에너지효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템.
제2항에 있어서,
상기 반사창호부는
이중층으로 구성되며, 상기 이중층 사이에는 복수 개의 반사 거울이 경사진 상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 명암조절창호부는 상호 이격된 삼중 유리층을 구비하되, 삼중 유리층 바깥층의 내부에 금속산화물 코팅층이 적층되어 있고, 제1의 이격공간에는 아르곤 가스 또는 건조 공기가 구비되고, 제2의 이격공간 사이에는 PVB 필름, PET, TCO코팅층, SPD코팅층, TCO코팅층, PET, PVB필름이 순차적으로 적층된 것을 특징으로 하는 에너지 효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사창호부의 반사 거울의 재질은
알루미늄, 은, 콜드 미러(cold mirror) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템.
제1항에 있어서,
시간에 따른 SPD제어를 위해 조명부하와 냉방부하의 전체 에너지사용량을 Normalization하여 회귀분석한 결과 획득한 SPD 제어함수 S(t)는 아래와 같은 것을 특징으로 하는 에너지 효율성이 개선된 고효율 복합창호시스템.

여기서 x에 대한 값은 시간에 대한 값이다.