열효율 개선을 위한 창호개발

이재환(2014)이 발표한 연구에서는 대전 소재의 K공사 건물(1994년 준공)을 대상으로 창호를 개선하였다. 기존의 알루미늄 싱글창을 철거하고 FIX창으로 교체했다. 슬라이딩으로 형식을 변경하여 환기 면적을 크게 만든 후 외측에 같은 타입의 창을 추가로 설치하여 단열 이중창 구조로 만들었다. 개선 전과 개선 후의 PMV(predicted mean vote)를 측정한 후 결과에 대해 비교하였다. 그리고 ECO2-OD 프로그램을 활용하여 건물의 에너지 효율등급을 분석하였다.

이철우(2019)가 쓴 연구를 보면 기존 연구 중에서 창호에 관한 연구는 많았으나, 창호 시공 부문에 있어서 열효율 향상에 관한 논문이 없어서 연구를 시작했다고 한다. 창호의 시공품질 향상을 위한 요소 중의 하나이자 틈막이재인 우레탄 폼을 가지고 충전하는 두께와 설치 창호 간에 열 손실이 어떤 상관관계를 가지는지 그 영향 정도를 알아보고자 실험을 했다. 그리고 이들의 상관관계를 분석해서 우레탄 폼의 적정 두께를 계산하고 공사 기간을 단축시킬 수 있도록 했다.

경기 지역에 위치한 A고등학교 건물을 실험의 대상으로 했다. 창호의 이격거리별로 각각의 우레탄 충전재의 두께를 변화시켜가면서 열관류율을 측정하였다. 그리고 ECO2 프로그램을 이용하여 건물의 에너지 효율성과 경제성을 분석하였다.

김치훈(2011)이 발표한 논문에서는 더블로이 코팅 유리와 간봉의 종류, 충진가스 등을 대상으로 열전달 특성들을 비교하고 분석했다. TVS(Thermal Video System)로 촬영하였다. 측정 시료로는 더블로이 코팅이 된 판유리를 써서 복층유리를 만들었다. 그리고 간봉은 일반 알미늄 간봉과 TGI 단열 간봉 두 종류로 분류하였다. 충진가스는 Air, Ar, Kr 3가지를 충진하여 총 6가지의 시료를 제작했다. 그리고 난 후 온도측정과 TVS촬영을 하였다. 시뮬레이션을 통해 창호가 가진 요소를 가지고 열적 성능을 분석하고, 열관류율을 측정하였다.

김성철(2019)의 연구에서는 기밀성이 서로 다른 PVC 이중창, PVC 시스템 이중창, ALPVC 이중창 3가지로 분류한 후 로이유리 열관류율(U-value)과 기밀성,SHGC(Solar Heat Gain Coefficient; 일사열취득계수), 기밀성과 SHGC를 함께 고려한 상황에 따른 냉난방 에너지를 비교하였다. 그 후 분류한 상황에 따른 냉난방에너지 절감비용을 계산하고 경제성 분석을 했다. 경제성 분석은 창호의 내구연한인 25년을 기준으로 정하여 일사열 취득계수(SHGC)와 열관류율(U-value), 기밀성 등 창호의 성능변화에 대한 분석을 했다. 창호와 유리 시공대비 냉난방에너지의 절감비용으로 회수년한을 따져보는 형태로 경제성 평가가 이루어졌다.

신재윤, 채영태(2018)의 연구에 따르면 전기변색창호(Electrochromic Window)의 물리적 특성 중에서 외기온도를 제어조건으로 설정하였다. 외기온도가 18.3℃ 이상일 경우 변색이 되는 swichable glazing 시스템으로 구성하였다. 전기변색창호(Electrochromic Window)를 중소형 크기의 상업 건물(4082.204㎡)에 적용하고, 투과 일사량을 제어해서 서울, 대전, 인천, 부산, 대구 등 각 지역별로 건물 에너지의 소비량도 함께 산출해서 건물에너지의 소비특성을 연구했다. 그리고 방위별로 냉방 에너지의 절감성능을 같이 평가했다. 이 연구에서는 건물 에너지 시
뮬레이션 프로그램으로 EnergyPlus 8.0을 활용했다.

윤희원, 송두삼(2013)이 쓴 논문에 따르면 주거 부문의 에너지 소비가 전체 에너지 소비에 있어서 많은 부분을 차지하지만, 특히 난방이 차지하는 비중이 가장 높다고 한다. 정부는 에너지 절감을 위한 각종 제도를 만들었지만, 이런 정책들은 모두 신축 건물을 대상으로 하는 것이 많아서 기존 건물에 있어서 적용되지 않는 경우가 있다고 한다.

단열 성능 측정 부분은 크게 실험실에서 재는 것과 현장에서 측정하는 것으로 나누어져 있는데, 열류계를 이용하는 현장 측정방법은 실제 건물에 설치해서 측정하는 데에 어려움이 따를 뿐만 아니라 실험실에서 다시 현장 조건을 구현하는데에도 한계가 있다고 한다. 주변 환경의 영향을 받아 온도 오차가 발생하기도 하고 벽체의 특성에 따라 열확산의 정도에 차이도 발생하기 때문이라고 한다.

좀 더 효과적인 에너지의 절감을 위해서는 건축물의 열에너지 소비부문을 정확하게 측정하는 것이 중요한데, 이것은 단순한 실험값이 아닌 현장에서의 제대로된 성능 평가가 필요하며 현재 쓰고 있는 ISO 9869를 기본으로 하는 방법은 측정기간이 길고 주위 환경 영향에 대한 변화가 많으므로 새로운 측정방법의 개발이 필요하다고 주장했다.

황금지(2013)의 연구에서는 요새 많이 짓고 있는 고층, 초고층 건물을 비롯한 대형 복합건물에 있어서 실제적 적용모델을 구하여 기밀성과 수밀성, 구조성능을 직접 평가 연구 하였다.
대형 고층 건물에서 사용하는 창호 구성자재를 비롯한 건축설계시스템을 조사하고 비교하며 시료를 타입별, 형태별로 직접 제작하여 성능시험을 진행했다. 평가된 창호 타입별로 THERM 5.0 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램으로 건축물의 표면 온도의 변화를 분석하였다. 실제 제작하여 평가된 내용과 시뮬레이션된 내용을 비교 분석하여 창호의 성능을 향상시키기 위한 방안과 대안을 제시하였다.

여러 가지 선행연구들을 살펴보았을 때 창호의 성능 향상을 위해서 창호의 종류와 재료별로 다양한 조합으로 연구를 시도한 것이 많이 있었다. 그리고 시뮬레이션 프로그램을 이용한 비교 분석들도 많았다. 그리고 창호의 시공과정에서의 각종 자재 변화를 통한 열효율 비교, 창호의 단열성 평가를 위한 효율적인 방법을 개발하기 위한 연구, 초고층 건물에서의 창호의 성능시험 등 다양한 시각에서 효율적인 건축물 에너지 활용을 위한 연구들이 있었다.