Special 에너지 절감 스마트 건물용 핵심소재 및 공정기술 개발 동향(1)

에너지 절감을 위한 대면적 단열성을 갖춘 가변차양 스마트윈도우 개발

배대호_㈜국영지앤엠 기업부설연구소 책임연구원
최고봉_(주)국영지앤엠 기업부설연구소 선임연구원

1. 가변차양 스마트윈도우의 필요성

에너지 사용에 따른 탄소배출의 문제는 지구의 대기온도를 상승시켰고, 급격한 기후 변화, 기후 재앙의 원인이 되고 있다. 우리의 안정적인 삶을 위하여 에너지 소비 절감의 필요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다.
  건물은 보통 국가 연간 에너지 소비의 약 40%를 점하고 있으며, 창호를 통한 원하지 않는 태양열 흡수와 열 손실은 에너지 소비를 증가시키고, 온실가스의 주범이 되고 있다.¹⁾ 높은 에너지 사용량 때문에 에너지 절감 잠재력 또한 매우 높은 부문으로써 건물의 에너지 절감과 효율을 높이기 위한 노력이 필요하다.

그림1. 연도별 이산화탄소 농도와 기온 변화

  과거에는 창을 통한 에너지 소비를 막기 위해 복층유리, 저방사 유리(Low-E), 단열 스페이서, 가스주입 복층유리, 진공유리 등 창호의 단열성능만을 고려하였다. 그러나, 최근 건물의 냉방 수요 증가에 따라 창호의 열적특성 뿐만 아니라 하절기 일사차페를 위한 광학 특성 제어에 대한 중요성이 증대되고 있으며, 스마트윈도우 등이 지능형 창호가 개발되고 있다.³⁾
  스마트윈도우를 사용한 광학 특성 제어는 건물의 일사유입을 조절하여 SHGC(태양열취득율, Solar Heat Gain Coefficient)을 계절에 맞게 제어해준다. 즉, 여름철에는 태양열을 차단(SHGC Down)하여 냉방에너지를 절감하고, 반대로 겨울철에는 태양열을 유입(SHGC Up)하여 난방에너지를 절감할 수 있도록 하여야 한다. 이러한 특징을 가진 가변차양 스마트윈도우(Smart window) 기술은 최근에 많은 기업에서 개발되고 있으며, 단순하게 가변차양 기능을 가진 스마트윈도우의 공정기술뿐만 아니라, 건물 내에서 사용하는 에너지를 효율적으로 관리해 주는 시스템인 BEMS(Building energy management system)와 연동한 제어기술까지의 전 과정 기술개발로 고도화되어가고 있으며, 이로 인한 신시장 및 신서비스 창출에 따른 핵심기술의 확보가 필요하다.
 

그림2 . 가변차양에 따른 태양열취득율 조절 개념도 

2. 스마트윈도우란?

스마트윈도우란 외부에서 유입되는 태양광을 조절할 수 있는 창으로 실내에 있는 사용자에게 쾌적한 환경이나 사생활 보호를 제공함과 동시에 건물이나 자동차의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 미래 유망 기술이다.
  스마트윈도우의 사용은 태양빛과 밀접한 관계가 있다. 태양빛은 크게 자외선, 가시광선, 적외선으로 구분되는데, 자외선의 경우 피부 노화 등과 관계가 있어 유해한 빛으로 구분되고, 가시광선은 실내의 밝기 및 눈부심과 연관되며, 적외선의 경우 실내온도와 연관되기 때문에 실내 내부자의 쾌적함과 동시에 실내 조명에너지, 실내 냉난방에너지와 매우 밀접하게 연관된다고 할 수 있다.
  최근 제로에너지 빌딩 의무화가 가속화되면서 건물의 에너지 효율 향상에 대한 기술개발 요구가 증가하고 있으며, 또한 전기자동차의 주행거리 확대를 위한 에너지 효율 향상에 대한 요구 등 다양한 형태의 스마트윈도우에 대한 관심이 그 어느 때보다도 높은 상황이다.
  현재 Sage, View, Halio 등 미국의 전기변색 스마트윈도우 업체들을 중심으로 미국, 유럽 등으로 시장을 확대해 나가고 있으며, 에너지 절감 효과가 뛰어나 건물 창호에 적용을 법제화하고자 하는 움직임도 있는 상황이다.

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