스크랩 자재/공구 유리-복충유리&삼중유리

[강남주]

개발배경 및 취지

최근들어 생활환경의 고급화와 문화생활의 향상으로 인하여 방음과 단열성이 우수한 복층유리가 좀더 안락한 분위기를 추구하려는 소비자들의 욕구에 따라 그 수요가 점차 증가하고 있는 실정이다.

특히 확장형을 채택한 주거건물의 경우 외부샷시와 분합문에 의해 유지되던  Double-Skin의 전통적인 외피구조가 단창시스템으로 변형되면서 단열, 차음, 결로등의 성능이 개선된 고성능 복층유리의 필요성이 대두되었다.

또한, 산업자원부에서(고시 2001-100호) 시행하는 건물에너지효율 등급 인증제도와 유가급등 문제는 에네지절약인 측면에서 고단열 유리의 필요성을 부각하고 있는 추세이다.

이러한 배경에서 ‘열교차단 스페이서가 설치된 고성능 복층유리’는 범용적으로 사용되는 Pair Grass의 결로 및 방음성능을 개선하였으며 제한적으로 사용하던 Triple Glass의 문제를 근본적으로 해소하여 범용화의 기틀을 마련하게 되었다.

기존 유리의 분석 및 문제점

1) 이중 유리(Pair Glass)
	복층유리는 두장 또는 그 이상의 유리를 소정의 간격을 두어 배치하고 간격내에 밀폐된 건조공기층을 유지함으로써 밀폐공기층에 의한 단열효과를 이용하는 원리로 이루어 진다. 그런데 수직밀폐공기층의 단열효과는 내부대류에 의한 영향으로 폭 10mm 까지는 급격하게 증가하다가 20mm 부근에서 최대에 근접하고 30mm 이상의 폭에서는 단열저항이 감소하는 특성을 가지게 된다. 그러므로 Pair Glass의 경우 공기층 만으로는 단열의 한계가 있어 유리면에 로이코팅을 하여 복사에 의한 열손실을 차단하는 로이복층유리를 적용하기도 하며 공기층에 알곤이나 크립톤등의 가스를 주입하여 대류에 의한 손실을 줄이는 가스 봉입유리를 생산하기도 한다.

<공기층의 열전달저항>	<복층유리창의 개념도>

그러나 로이유리와 가스봉입유리를 모두 적용하여도 복층유리 이중창의 열관류율 1.1Kcal/m2h'C 에 이르지 못하여 결로 및 냉기류에 의한 불만족을 유발하고 있다. 대부분의 복층유리의 경우 알루미늄을 스페이서를 사용하게되는데 금속의 특성상 열전도가 커서 냉교현상이 발생하여 창호주변에 결로가 발생하게 되며 유리의 Edge에 온도를 저하시켜 열파손을 유발하는 요인으로 작용하게 된다.

<로이유리의 결로>	<열손실에 의한 냉기류>

스페이서의 냉교를 통한 결로를 예방하기 위하여는 Thermal Break Spacer 적용이 필요하며 냉기류의 문제를 예방하기 위하여는 스페이서의 폭을 20mm로 증가 시키고 밀폐공기층을 복층으로한 삼중유리의 적용이 필요하다.

2) 기존 삼중유리(Triple Glass)
	기존의 삼중유리는 일반적으로 두가지 목적으로 제작되는데 첫번째는 면밀도의 증가를 도모하여 차음효과를 증대시키는 목적으로 사용할 경우인데 6mm 일반 단열간봉을 사용하여 복층유리를 만들고 다시한번 6mm 간봉을 활용하여 3중유리로 제작하는게 통례이다  그러나 이러한 3중유리는 스페이서를 통한 음교와 밀폐공기층을 통한 공명현상으로(장구통효과) 차음성이 저하되는 현상이 있고, 2개의 6mm 공기층은 12mm 1개의  공기층의 단열성능과 별 차이가 없어 단열성은 24mm 복층유리와 별다른 차이를 보이지 않게된다.

<일반 삼중유리의 차음 특성>

기존의 3중유리의 제작의 두번쩨 목적은 단열성을 대폭적으로 향상하기 위함인데 이는 별도의 격리된 복수의 공기층을 구성하고 공기층의 두께는 1차변곡점 값인 12mm를 사용하는 것이 통례이다. 그러나 일반적인 삼중유리 1은 스페이서와 유리와의 접착면이 4면으로 되어 있어 결로수 또는 우수등에 위한 밀봉재 내구성 저하시 부착면에 발생하는 열화 및 박리에 취약한 성능을 가지고 있다. 또한 스페이서에 작용하는 유리의 무게와 모멘트의 팔 길이가 두배로 증가하여 비틀림, 전단, 처짐등의 응력이 기하급수적으로 증가하여 기존의 스페이서 사용시 구조적 성능저하가 발생하여 내구성의 문제하 있었다. 그리고 밀폐된 공기층의 일교차에 의한 팽창압력이 중간유리에 작용하여 중간유리도 외부유리와 동일한 두께를 사용할 수밖에 없었다..

이를 조금 개선하고자 하는 것이 상기 그림의 일반적인 삼중유리 2의 경우로 3MM 정도의 중간유리 또는 히트미러 필름을 두고 하부에 공기 유동구멍을 두어 공기층간 압력이 동일하게 유지되도록 하는 구조인데 이또한 4면접착의 구조적 한계를 내포하고 있고 히트미러 필름이 온도변화에 따라 처침이 발생하여 사용조건이 일정한 냉장고 도어등에 제한적으로 사용되어 왔다. 또한 각 공기층간 압력조절은 가능하나 외부와의 압력조정이 불가능하여 연교차가 심한지역과 외부압력이 낮은 고지대에서는 내부공기의 팽창력에 의하여 부착면이 박리 또는 유리가 폭발하는 현상이 발생하였었다.

신개발 복층유리의 구조 및 특징

1) Spacer With Thermal Break
	기존 복층유리의 경우 일반적으로 금속간봉을 사용하여 제작하게 되는데 간봉을 통한 냉교작용으로 유리의 Edge부근에 결로가 발생과 열파손의 하자가 발생하였다. 이를 예방하기 위하여 합성수지계통의 Warm-Edge를 도입하여 사용하는 경우는 스페이서의 내구성 저하문제로 공기층의 폭을 12mm 이하로 제한할 수밖에 없었다. 이에 커튼월의 단열바 원리와 복층유리 제작 기술을 결합하여 아래와 같은 복층유리용(Pair & Triple Glass) 열교차단 스페이서를 개발하게 되었다. 기본적인 모양은 상호 대칭의 단면형상으로 제작된 금속 스페이서에 합성수지계 결합패드(2액형 에폭시 또는 폴리아미드 등)을 결합시켜 소정의 단절틈새를 갖고 있다.

<이중유리의 구조도>	<삼중유리의 구조도)

또한 각각의 스페이서는 각 밀폐공기층과 공기유동구가 있고 외부공기층과는 팽창관이 내재되어 공기압의 평형유지가 가능토록 구성되어 있다. 그리고 2차 밀봉재 표면에는 금속재(알루미늄 또는 스테인레스) 필름을 부착한 구조로 되어 있다.

2) 신개발 삼증유리의 장점
	- 단열 효과 금속재의 단열간봉으로 인하여 내구성이 우수하므로 공기층의 두께를 20mm 까지 확보할 수 있어 3중로이복층유리의 경우 열관류율 값을 0.8Kcal/m2h'C까지 낮출 수 있어 기존의 24mm 복층유리의 경우보다 3배이상의 단열성능을 확보 할 수 있다.

- 차음 증대 단열간봉을 구성하는 합성수지계의 단절틈새는 소정의 신축작용으로 스페이서를 통한 음교현상을 차단하고 플로팅구조의 중앙유리와 스페이서를 통한 공기압 조절장치는 장구통 효과를 차단하여 저주파와 고주파에서 일반삼중유리보다 5dB이상의 차음효과 나타낸다.

- 내구성 증대 기존의 삼중유리는 일반스페이서 2개를 이용하여 4면접착방식으로 제작하는데 비하여 일체화된 스페이서를 이용 2면접착방식으로 삼중유리를 구성함으로써 내부공기압의 변동과 밀봉재의 열화로 인한 내구성의 감소문제를 해소하였다. 특히 스페이서를 통한 밀폐공기층간의 공기압 평형장치와 팽창관을 통한 외부공기와의 압력조절장치는 년교차가 심한 기후와 고지대등에도 내구성의 문제없이 복층유리를 제공할 수있게 하였다. 이는 각 공기층간의 공기를 유동시킬 수 있에 내부 유리의 두께를 가늘게 할 수 있고 공기압차로 발생되는 스페이서와 유리의 접착면에 대한 피로강도를 제거하여 내구성을 극대화 할 수 있다.

- 결로저항성 단열간봉은 유리의 단부에서 발생하는 냉교를 차단하여 우리의 가장자리 온도를 높여즘으로써 결로저항성을 향상시키는 효과가 있고 창호의 열관류율 값도 어느정도 감소시키는 작용을 하게된다.

- 밀봉제 열화 대부분의 실링제는 알루미늄 창틀에서 존재하는 우수와 결로수와 수화반응하여 열화가 촉진된다 이러한 수화반응의 억제를 막기위하여 금속필름을 실링재위에 테이핑처리 하는 것으로 열화 기간을 증대시켜 주고 열화발생후에도 열화틈새를 통하여 내부공기층으로 유입되는 물의 흐름을 방지할 수 있다.

- 건습제 설치 알루미늄 스페이서의 내부공간부에 건습제를 직접 내설할 수도 있고, 기존의 스페이서를 끼워넣는 방법으로 내재할 수도 있어 스페이서 표면의 흡습공에 대한 크기 및 모양에 대한 제한이 적어 스페이서 상부마감을 보다 미려하게 할 수 있다.

결언 및 제안사항

최근의 건축물은 대형 유리창을 통한 전망의 확보와 좀더 고급화된 실내환경을 요구하고 있다. 또한 건축물의 유지관리 측면의 에너지절약과 국제환경단체의 이산화탄소 규제와 관련하여  고성능 외벽시스템에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이다.

이러한 시대적인 상황에서 단열, 냉교, 결로, 차음, 내구성이 향상된 ‘열교차단 스페이서가 설치된 고성능 복층유리’의 개발은 고성능외벽시스템의 필수요소인 창호의 성능을 제고하는 핵심기술이라 하겠다.

건축물 준공까지의 직접비 차원에서만의 손익계산 뿐아니라 Life Cycle Cost 차원에서의 손익계산을 고려하는 시각전환이 필요할 때이며,  분양을 목적으로한 건축물의 경우 고객의 장기적인 이득을 고려한 판단이 필요하다 하겠다.